[发明专利]一种板条激光放大器及其激光输出方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体激光放大器技术领域，具体涉及一种板条激光放大器及其激光输出方法。

背景技术

激光放大器和激光(振荡)器都是基于“受激辐射的光放大”同一物理过程，唯一的区别是激光放大器没有谐振腔。激光放大器能够得到高输出功率(能量)、高光束质量激光束；而高输出功率和高光束质量这两指标在激光器中是一个矛盾的过程，难以同时满足。在激光放大器系统中，一般包括提供高光束质量而输出功率较低的种子激光束作为输入激光，输入激光再经过激光放大器进行功率(能量)的放大，从而得到高输出功率和高光束质量的激光输出。

在现有的大功率激光放大器系统中，主要存在的问题是激光增益介质中存在的热问题。为了处理其中热的影响，一般通过对激光增益介质进行特殊的设计来增加散热，目前主要包括：一种是在纵向进行拉长(长度数百毫米～数米)，横截面变得非常细(直径约几百微米)，也就是光纤(Fiber)激光放大器；一种是在纵向进行压缩(厚度约几百微米)，横截面变得很大(直径约数毫米)，也就是叠片(Thin-Disc)激光放大器；还有一种是做成板条状，其厚度较小，宽度和长度较大，也就是板条激光器。其中由于较强非线性效应的存在使得光纤激光放大器在激光放大特别是超短脉冲激光的放大上存在限制；而叠片激光放大器中则存在激光作用距离短、系统结构复杂等问题；相较而言，板条激光放大器由于不存在以上问题的限制在大功率激光放大特别是超短脉冲激光的放大上有很大的优势。

在现有的板条激光放大器系统中，由于板条状的激光晶体厚度仍较大，散热时不可避免的存在温度梯度，从而降低了激光束的质量；直接在激光增益晶体表面镀上膜，从而限制了激光晶体表面的损伤阈值；输入激光在板条激光晶体内部为Z型路径，其折角一般较大，泵浦增益的利用率较低，因此激光晶体散热差、激光损伤阈值低、泵浦增益利用率低仍然是现有技术存在的问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种散热好、激光损伤阈值高、泵浦增益利用率高的板条激光放大器及其激光输出方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种板条激光放大器，包括种子激光模块、泵浦模块、增益介质模块、双色镜模块，所述双色镜模块包括平行排列的双色镜一和双色镜二，所述增益介质模块设于双色镜模块内侧，所述泵浦模块包括平行排列的泵浦一和泵浦二，分别设于双色镜模块外侧，所述泵浦模块、双色镜模块、增益介质模块并列设置，所述种子激光模块设于所述并列设置的模块一侧，所述增益介质模块包括激光晶体和2块冷却热沉，所述2块冷却热沉分别与激光晶体的长宽侧面固定连接；

还包括反射镜模块，所述反射镜模块包括反射镜一和反射镜二，所述反射镜一和反射镜二设于所述种子激光模块的对侧，所述反射镜一和反射镜二均为平面镜；

所述激光晶体包括掺杂激光晶体和2块非掺杂激光晶体，所述激光晶体长度和宽度大于厚度，所述激光晶体厚为0.5-1.5mm，所述非掺杂晶体键合于掺杂激光晶体的长高面上，与掺杂激光晶体并列设置，所述非掺杂晶体的宽度为0.5-5.0mm；

所述泵浦模块输出的泵浦激光横截面为长条矩形光斑，宽度小于激光晶体的厚度。

进一步，所述反射镜一和所述反射镜二表面均镀有对种子激光高反射率的膜。

进一步，所述掺杂晶体与非掺杂晶体的键合方式为无胶键合。

进一步，所述激光晶体的长高面上均镀有对泵浦激光和种子激光都具有高透过率的膜。

进一步，所述双色镜一或双色镜二绕中心轴线旋转，使其之间呈1′-100′角度设置。

进一步，所述激光晶体的长度为5-1000mm，宽度为5-500mm。

进一步，所述非掺杂激光晶体为钇铝石榴石晶体、钒酸钇晶体中的一种。

进一步，所述掺杂晶体为所述掺杂激光晶体为以非掺杂激光晶体为基质材料，并掺杂钕、镱中的一种元素。

另，本发明还提供一种如上所述板条激光放大器的激光输出方法，所述输出方法包括如下步骤：

第一步：种子激光模块发射出种子激光，种子激光以与入射面法线呈5-30°的角度α入射到非掺杂激光晶体，并穿过整个激光晶体，两侧的泵浦激光模块发射出长条矩形光斑，透过双色镜和非掺杂激光晶体，入射到掺杂激光晶体使其成为增益区域，2块冷却热沉为掺杂激光晶体散热，消除热透镜对激光放大的影响，种子激光在增益区域得到放大；