[发明专利]一种基于碟片晶体的激光放大方法与固体激光放大器

说明书

本发明公开了一种基于碟片晶体的激光放大方法及固体激光放大器，属于激光技术领域。该固体激光放大器包括按如下光路布置的光学组件：入射→碟片晶体D→抛物面镜C1→直角棱镜B1→抛物面镜C1→碟片晶体D→抛物面镜C2→直角棱镜B2→抛物面镜C2→出射。该方法通过两个固体激光放大器共用一个碟片晶体D的结构形式，将低能量级的种子光在其中一个固体激光放大器中放大后，经准直扩束再在另一个固体激光放大器中进一步放大，一方面避免直接一次性放大导致尖峰功率过高，损伤仪器和元件，另一方面输出光束趋于平坦，达到整形效果；而且，不同尺寸的光斑传递至同一个碟片晶体D上获得增益，大大提高了碟片晶体D增益区域的利用率。

技术领域

本发明是2017年5月31提交的专利申请CN201710396015.8一种基于碟片晶体的激光放大方法与固体激光放大器的分案，属于激光技术领域，更具体地，涉及一种基于碟片晶体的激光放大方法与固体激光放大器。

背景技术

碟片晶体固体激光放大器是一种新型的固体激光放大器，该装置能够将一束高质量的种子光多次通过处于粒子数反转状态下的碟片晶体，从而使输出的光束既具备种子光的高质量，又能够获得较高的功率和能量，种子光每经过碟片晶体一次，会被放大两次。碟片晶体固体激光放大器与其它激光放大器的本质区别就在于其激光工作物质为碟片晶体，碟片晶体的厚度很薄，约为100μm～400μm，直径约为5mm～30mm，其上表面镀有对泵浦光与入射种子光的高增透膜，下表面镀有对泵浦光和种子光的高反膜，并封装在金属热沉上。通过对热沉背面高效的冷却，实现了一维的温度梯度，极大地减小了碟片晶体的热畸变，从而保证了入射种子光在光放大的过程中，保持较好的光束质量。

CN103996965公开了一种基于双碟片串接的激光多程放大器，该激光放大器采用共轭设置的抛物面镜，双碟片固定于两端的抛物面镜中心，而反射光必须通过中间两个抛物面镜中心的开孔。虽然该专利能够通过双碟片设置能够提高泵浦光利用率，并通过共轭设置的抛物面镜增大光程，但仍具有下列缺点：

1、由于反射光必须通过中间两个抛物面镜的中心孔，只能根据事先设定的放大次数定制抛物面镜的尺寸参数，无法根据种子光的光斑大小进行适应性调整。如果目标光斑尺寸大于中间两个抛物面镜的中心孔尺寸，则超出尺寸限制的部分会被反射，无法透过中心孔，不能进一步放大，即该方案不具有通用性，只能根据使用场合订制不同镜片。

2、由于该放大器只能事先订制镜片尺寸，即中间两个抛物面镜的中心孔尺寸一旦加工完毕就无法更改，而所有光线要经过两个碟片晶体放大都必须通过中心孔，导致四个抛物面镜的相对位置也被限制，且光路的反射范围也仅限于四个抛物面镜之间，导致一旦加工成型，就无法再通过增加其他光学元件的方式对光路进行扩展，最多只能放大40次。

3、在该放大器中，种子光和泵浦光都在共轭双抛物面镜上进行反射，而抛物镜面的受热变形会影响泵浦光的光斑形状，一方面，光斑变形本身就会导致光束质量变差；另一方面，变形的光斑如果超出中心孔的尺寸限制，超出的部分同样无法通过中心孔，不能被继续放大，从而影响碟片晶体的放大性能，同样会导致放大器输出的种子光的光束质量变差。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明旨在通过串接两个共用碟片晶体的放大单元来对种子光进行放大，由此解决现有技术中种子光放大次数低，光束质量差的技术问题，并且得到整形的高斯光束或者具有偏振特性的光束。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于碟片晶体的激光放大方法，其中，两个放大单元共用一个碟片晶体D，种子光在其中一个放大单元中经碟片晶体D放大后，先进行准直扩束，再传递到另一个放大单元中，经碟片晶体D进一步放大。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种基于碟片晶体的固体激光放大器，包括：第一放大单元、第二放大单元以及准直扩束单元；准直扩束单元连接第一放大单元和第二放大单元，用于将第一放大单元输出的光准直扩束后输入第二放大单元；其中，第一放大单元和第二放大单元共用一个碟片晶体D。