[发明专利]光学放大器装置

说明书

技术领域

 本发明涉及用于一种用于放大低功率，折合频率，超短脉冲种子的光学放大器装置，特别地，但不仅限于，涉及一种在单晶板活性区域具有集成的预放大和功率放大的光学放大器设备。

背景技术

 具有小于10ps脉冲宽度的激光器为微加工工业领域提供新的加工能力。然而，大量制造的加工速度需要100kHz到10MHz之间的脉冲重复频率，且可调节到具有超过100W平均功率的优化频率。通常，由于最大脉冲能量受非线性效应限制，以及激光晶体的破坏，对于大多数激光体系结构，这样的组合条件不可达到。薄片激光振荡器已达到接近150W的功率，该功率在要求的功率范围的下限内，但是，固定脉冲重复频率在3.5MHz和60MHz之间，在要求的范围之上，为了特定的加工，并不能简单地将它们调整到优化频率，同时保持平均功率。

 目前，使用主振荡功率放大（MOPA’s）来获得所需的高平均功率。在这样的设备中，低功率激光主振荡器产生所需宽度的脉冲，这些所需宽度的脉冲在功率放大中耦合。输入脉冲在放大器中激发发射，该发射添加到输入脉冲用于产生更高的输出脉冲能量。由于强度和密度都明显低于具有类似输出的振荡器所达到的，该设备在破坏发生之前能实现更高输出功率和能量。目前，MOPA’s在许多选择激光体系结构中应用。

 美国专利6,654,163“Fraunhofer-Gesellschaft zur Foerderung der angewanten”描述了一种光学放大器设备，该设备已在商用的新型板条放大器中发现，比如，德国EdgeWave 有限公司（EdgeWave GmbH, Germany）的新型板条放大器。如图1所示，该装置具有矩形晶体板放大介质A。振荡器发射的光束B在路径C传播，该路径C在反射镜D,E之间，在所述路径C上，光束B多次穿越放大器介质A。随着介质A的每次穿越，在x方向上光束B的横截面增加。在细长的y方向上，光束尺寸保持不变。选择沿x轴扩展来确保光束在放大时其强度几乎维持恒定。选择穿越次数，使得光束B和放大器介质A之间的重叠最大化。在这种方式下，使用单次通过穿过放大器，能有效地提取储存的能量，同时避免破坏的阈值和非线性效应。使用该设备，可实现在频率为76MHz时具有脉冲宽度为680fs的平均功率水平400W。

该装置的一个缺点是需要足够的输入功率来确保发生在开始几次通过穿过放大器的有效饱和度。

 随后将这种振荡器-放大器设备与第二矩形板放大器级联的放大器系统能实现20MHz频率时具有615fs脉冲宽度的1.1kW功率水平，其中，第二矩形板放大器中的光束形成单次通过的一次穿越的路径。再者，这些放大方法依赖于足够的输入种子功率以保证有效的提取。此外，级联装置需要相当大的空间。 

 为了克服需要足够的输入种子功率这个缺点，建议使用利用再生放大器或预放大级来放大较低的种子功率。Gigaphoton 公司的美国专利7,903,715详细介绍了再生放大器在选择性激光体系结构中的使用。在图2所展示的一个实施例中，使用放大介质板F来执行放大器G和再生放大器H的多种功能，其中该放大器G以图1的方式来设置，其具有活性介质F多次穿越的单次通过，而再生放大器H，其具有活性介质F单次穿越的多次通过。将低功率种子激光J注入由两个反射镜M,N形成的谐振器。注入信号通过切换光声元件K来引入。接着，光束B在反射镜M,N之间的单次穿越中形成多次通过，直到提取出大多数储存的能量。在理想的时机时，切换普克尔盒L，使用偏振器P将光束B从再生放大器H输出到放大器G。由于放大器G和再生放大器H共用相同的活性介质F，该装置很紧凑，但是，在介质F中它们彼此分开，并作为大型独立装置操作。

 这种装置的缺点为需要活性元件。普克尔盒和光声元件增加了成本以及装置的复杂性。

 本发明的一个目的在于提供一种光学放大器，该光学放大器可放大低功率，折合频率，超短种子脉冲。

 本发明的至少一个实施例的另一个目的在于提供了一种光学放大器，这种光学放大器通过将预放大和功率放大部分耦合，来在活性介质中集成了所述预放大和功率放大。

 本发明的至少一个实施例的另一个进一步目的在于提供一种光学放大器，所述光学放大器使用完全的无源部件。