[发明专利]一种锥棒激光放大器

说明书

本发明提供的一种锥棒激光放大器，属于固体激光器领域，包括泵浦源，和依次同轴设置的种子源、发散透镜、锥棒增益介质及准直透镜，锥棒增益介质的入射端面和出射端面为同轴且球心均位于发散透镜的焦点处的球面圆锥的球冠，满足：；本发明还提出了由多级锥棒增益介质组成的轮廓呈球面圆锥状的锥棒增益介质组，及锥棒增益介质本身兼具发散透镜的功能的改进的锥棒激光放大器，使得种子光能最大效率提取锥棒增益介质内反转粒子数的储能，使锥棒激光放大器工作在接近饱和的状态；本发明提出的锥棒激光放大器体积小、结构简单。

技术领域

本发明属于固体激光器领域，具体涉及一种激光放大器。

背景技术

固体激光放大器是获得高功率、高光束质量激光输出的有效途径，目前固体激光器中采用的激光增益介质形状为板条或棒状，其中棒状增益介质有着价格低廉、结构简单以及可实现高功率激光输出的优点而被广泛的使用在工业、科研等领域。

为了从棒状增益介质中提取更多的能量，放大器常使用双程或多程结构，导致激光放大器的结构复杂、体积较大、调试困难。提高光-光转换效率能增加单次从增益介质中获得的增益，一定程度上可以避免使用双程或多程结构，对小型的激光器而言，或者当需要缩小激光器体积时，寻找一种结构简单并且能获得更高光-光转换效率的放大器是很必要的。并且传统圆棒增益介质无法使光功率密度和反转粒子数能量在全部区域中匹配，当光功率密度不足以完全提取反转粒子数储能时，反转粒子数储能向激光能量的转换效率降低；当反转粒子数储能不足够为光提供足够的能量时，激光获得的增益不足。

发明内容

本发明提出了一种锥棒激光放大器，以解决无法完全利用现有圆棒增益介质储能或储能无法提供足够增益的问题，尤其适用于无需冷却、高脉冲能量、低重频输出的小型激光器。

本发明具体技术方案如下：

一种锥棒激光放大器，包括泵浦源，和依次同轴设置的种子源、发散透镜及准直透镜；其特征在于，所述锥棒激光放大器还包括同轴设置于发散透镜和准直透镜之间的锥棒增益介质，所述锥棒增益介质的入射端面和出射端面为同轴且球心均位于发散透镜的焦点处的球面圆锥的球冠，满足：；其中，分别为入射端面和出射端面的底的半径，分别为入射端面和出射端面对应球面圆锥的半径，分别为入射端面和出射端面的高，为种子源发出的种子光通过发散透镜后的扩散角。

进一步地，所述锥棒增益介质替换为由多级锥棒增益介质组成的锥棒增益介质组，锥棒增益介质组整体轮廓呈球面圆锥状；各级锥棒增益介质的入射端面和出射端面为同轴且球心均位于发散透镜的焦点处的球面圆锥的球冠，满足：；其中，分别为入射端面和出射端面的底的半径，分别为入射端面和出射端面对应球面圆锥的半径，分别为入射端面和出射端面的高，为种子源发出的种子光通过发散透镜后的扩散角。

进一步地，种子源发出的种子光通过发散透镜后的扩散角，其中，为种子源发出的种子光的光斑尺寸，为发散柱透镜的焦距。

进一步地，所述锥棒增益介质的基质材料包括晶体、玻璃或陶瓷，掺杂离子包括稀土离子和过渡金属离子。

进一步地，所述种子源发出的种子光平行于轴线入射。

进一步地，所述扩散角的角度范围为0.5~15°。

进一步地，所述扩散角的角度优选为5°。

进一步地，所述泵浦源位于锥棒增益介质的侧面或出射端面，对锥棒增益介质进行泵浦。

进一步地，所述锥棒激光放大器还包括用于冷却锥棒增益介质的热沉；当泵浦源位于锥棒增益介质的出射端面时，热沉位于锥棒增益介质的侧面；当泵浦源位于锥棒增益介质的部分侧面时，热沉位于锥棒增益介质的剩余侧面。