[发明专利]基于碟片增益介质的激光再生放大器

说明书

本发明公开了一种基于碟片增益介质的激光再生放大器包括种子光源、光纤耦合准直模块、再生放大谐振腔、泵浦模块和光隔离器，再生放大谐振腔包括包括第一偏振片、法拉第旋转器、1/2波片、第二偏振片、普克尔盒、1/4波片、第一腔镜、第三腔镜、第四腔镜、第五腔镜、碟片增益介质、第七腔镜和第八腔镜，所述第一腔镜、第三腔镜和第五腔镜为凹面镜，所述第四腔镜、第七腔镜和第八腔镜为平面镜。本发明的种子光在再生放大谐振腔内往复振荡，每次经过碟片增益介质后能量都得到放大，具有更低的热透镜效应，放大效率线性化程度和脉冲稳定性高，并能保证极高的光束质量。

技术领域

本发明涉及激光脉冲放大技术领域，特别是涉及一种基于碟片增益介质的激光再生放大器。

背景技术

由于激光精细加工的需求越来越来越广，超快(皮秒/飞秒)激光是一种不可或缺的工具。超快激光脉冲现阶段主要通过锁模技术实现，其平均功率一般在毫瓦、单脉冲能量在纳焦耳量级，限制了其在工业加工领域的应用。为了获得更高功率的超快激光，需要对锁模振荡腔输出的种子激光进行放大。目前针对锁模技术产生的超快激光脉冲有行波放大和再生放大两种方式，行波放大是种子激光以单通或多通方式通过激光增益介质，增益系数有限，仅限于低功率放大(一般100瓦以下)；再生放大是种子激光在再生放大谐振腔内往返几十次甚至上百次，增益系数达10⁵-10⁷，可将种子激光平均功率提升到千瓦、单脉冲能量到几百毫焦量级。

目前常见的再生放大谐振腔有棒状增益介质谐振腔和板条增益介质谐振腔。棒状增益介质再生放大谐振腔在高功率热透镜效应非常严重，很难实现高平均功率输出且因为热畸变影响，激光光束质量不高。板条增益介质再生放大谐振腔，虽然也可以实现高功率和大单脉冲能量放大，但因为板条增益介质本身的长条形状，其输出光斑也是长条形状，其在XY方向的发散角和光束质量都不一致，需要复杂的整形光路才能实现圆形光斑输出。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是：提出了一种基于碟片增益介质的激光再生放大器，减小热透镜效应，改善激光光束质量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于碟片增益介质的激光再生放大器，包括：

种子光源，用于提供S偏振的种子光；

光纤耦合准直模块，将种子光进行准直；

再生放大谐振腔，包括第一偏振片、法拉第旋转器、1/2波片、第二偏振片、普克尔盒、1/4波片、第一腔镜、第三腔镜、第四腔镜、第五腔镜、碟片增益介质、第七腔镜和第八腔镜，所述第一腔镜、第三腔镜和第五腔镜为凹面镜，所述第四腔镜、第七腔镜和第八腔镜为平面镜；

泵浦模块，用于产生泵浦光并给碟片增益介质提供能量；

光隔离器，用于防止经过再生放大谐振腔放大后的种子光脉冲返回到种子光源，所述光隔离器和第一偏振片之间设置有45°反射镜；

种子光经过光纤耦合准直模块准直后通过光隔离器被45°反射镜反射依次通过第一偏振片、法拉第旋转器、1/2波片、第二偏振片、未加电压的普克尔盒和1/4波片到达第一腔镜，种子光第一次通过1/4波片时由P偏振变成圆偏振，被第一腔镜反射再次通过1/4波片，由圆偏振变成S偏振，然后再次通过未加电压的普克尔盒到达第二偏振片，被第二偏振片反射后依次被第三腔镜、第四腔镜和第五腔镜反射到达碟片增益介质，种子光的能量得到放大并被碟片增益介质反射至第七腔镜，种子光被第七腔镜反射至第八腔镜后沿原光路反射至第二偏振片，被第二偏振片反射通过加载1/4波片电压的普克尔盒，保持S偏振的种子光在第一腔镜、第二偏振片、第三腔镜、第四腔镜、第五腔镜、碟片增益介质、第七腔镜和第八腔镜之间往复振荡，直到种子光的能量增益到目标值后将普克尔盒的电压降为0，放大后的种子光通过普克尔盒穿过1/4波片并被第一腔镜反射再次穿过1/4波片，偏振态由S偏振变为P偏振，经第二偏振片透射穿过1/2波片和法拉第旋转器，由P偏振变为S偏振，经第一偏振片反射输出。