一种基于反射式偏振隔离器的CO2激光放大装置的制作方法

一种基于反射式偏振隔离器的co2激光放大装置
技术领域
1.本实用新型涉及co2激光放大器领域，具体涉及一种基于反射式偏振隔离器的co2激光放大装置。


背景技术：

2.co2激光技术发展至今已逐步完善，并在连续或者脉冲激光技术等方面都已实现了重大突破。在co2激光技术发展过程中，其主要衍生出玻璃管、陶瓷波导管、平面板条、横向或轴向流几种co2激光器或放大器技术，以上方案都具有其各自技术特点。同时，以上几种技术都已成功转化出成熟的激光器产品，并已应用于工业、科研、医疗手术或美容、材料加工等几方面。
3.近些年，随着光纤激光器技术突飞猛进以及原材料产业链体系快速的完善，使得其价格不断下降，在工业加工应用领域，co2激光器逐步被光纤激光器取代。然而，近几年，随着极紫外光刻技术趋向成熟，极紫外光刻机技术已被用于高性能半导体芯片的制备，并已实现规模性量产且实现获益。随着市场目前对智能产品的需求不断增加，因此对芯片需求也将增加，使得对极紫外光刻机的需求也随之增加。作为极紫外光刻机的核心组件极紫外光源，其驱动光源为高功率co2脉冲激光，该驱动光源目前主流的方案为采用主振荡功率放大(mopa)结构。为了满足光刻机对极紫外光源的功率大小需求，于是需要万瓦级co2脉冲激光平均功率。为了获得该高功率激光，对于mopa放大结构，抑制放大器级间自激或者ase效应显得尤为重要，因此，不但需要每级co2激光放大器之间都具有较高的隔离度，而且还需要其可支持较高的耐受功率，以提高mopa激光放大系统的安全性、可靠性等。
4.目前应用在激光器内的隔离器技术主要为饱和吸收技术；偏振吸收隔离技术；声光隔离技术；电光隔离技术；磁光隔离技术。在co2激光10.6μm工作波长，以上几种技术，都存在一定的固有缺陷。在饱和吸收技术中，为了实现高的隔离度，该技术往往需要较高浓度的饱和吸收气体，因而导致其对注入激光产生较大插损，不利于系统的高功率获得，同时，较大插损，在高功率应用环境中，容易使得其发热严重。在偏振吸收隔离技术、声光隔离技术和电光隔离技术中，主要限制因素为其耐受回返功率较低。其中，偏振吸收隔离技术采用吸收薄膜反射镜(atfr)对线偏振吸收的特性用以实现对回返激光的隔离，该激光采用功率吸收式隔离，当放大系统存在高功率(百瓦级)回返激光时，其atfr镜片会将其吸收，一方面会使得对镜片散热造成负担，同时，也对其镀膜的长期连续工作稳定及可靠性产生影响；声光隔离技术和电光隔离技术最高耐受平均功率也在百瓦功率以下，受限于材料，该两种隔离器价格昂贵。磁光隔离技术在10.6μm波段，受限于磁光材料，该项隔离技术目前还未有对应的高功率隔离产品被研制出。
5.因此，亟需一种能够用于co2激光放大装置的可以耐受高功率激光传输，且可以实现对高功率激光的回返光进行隔离，对光学元件的散热要求较低的隔离装置。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提出一种基于反射式偏振隔离器的co2激光放大装置，其不但可以耐受高功率激光传输，而且还可以实现对高功率激光的回返光隔离。
7.为解决隔离技术中存在的问题，本实用新型提供了一种基于反射式偏振隔离器的co2激光放大装置，co2激光放大装置包括第一偏振隔离器、co2激光放大器和第二偏振隔离器；第一偏振隔离器包括第一λ/4相位延迟反射镜和至少两个第一薄膜偏振片；至少两个第一薄膜偏振片沿光束传输方向交叉放置，镜面与水平面的角度为90
°
减去布儒斯特角；入射的s线偏振光透过至少两个第一薄膜偏振片后入射到第一λ/4相位延迟反射镜转换为圆偏振光并传输到co2激光放大器中；第二偏振隔离器包括第二λ/4相位延迟镜、第三λ/4相位延迟和至少两个第二薄膜偏振片镜；至少两个第二薄膜偏振片沿光路传输方向交叉放置，镜面与水平面垂直且镜面与入射面呈布儒斯特角；co2激光放大器输出的圆偏振光经第二λ/4相位延迟镜转化为p线偏振光，p线偏振光透过至少两个第二薄膜偏振片镜后入射到第三λ/4相位延迟反射镜转换为圆偏振光输出。
8.优选地，第一薄膜偏振片和第二薄膜偏振片的数量均为两个。
9.优选地，co2激光放大器为板条、波导或轴快流高功率co2激光放大器。
10.优选地，薄膜偏振片和λ/4相位延迟反射镜均以铜制材料作为衬底，并包含冷却结构。
11.优选地，冷却结构为水冷结构。
12.优选地，co2激光放大装置用于实现连续或脉冲激光的功率放大。
13.本实用新型的有益效果在于，本实用新型提供的co2激光放大装置采用的反射式偏振隔离器不但可以耐受高功率激光传输，而且还可以实现对高功率放大系统的回返光隔离。其可应用于放大器系统中的前端放大光路中，以实现传输透过较小功率，还可对来自放大系统主放大器的千瓦级回返放大功率实现高反。此外，该反射式偏振隔离器对光学元件的散热要求大大降低，使得其使用可靠性提高。
附图说明
14.图1是本实用新型的co2激光放大装置的结构示意图；
15.图2是偏振隔离器1的结构示意图；
16.图3是偏振隔离器2的结构示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
18.本实用新型提出了一种基于反射式偏振隔离器的co2激光放大装置，其可用于实现连续或脉冲co2激光功率放大。如图1所示，co2激光放大装置包括偏振隔离器1、co2激光放大器和偏振隔离器2。其中，co2激光放大器可以为板条、波导、轴快流等高功率co2激光放大器。
19.如图2所示，偏振隔离器1包括2个薄膜偏振片tfp1、2和λ/4相位延迟反射镜rpr1。其中，薄膜偏振片对偏振方向垂直于入射面的偏振光具有高反射率，而对平行于入射面的偏振光具有高透的特性，薄膜偏振的布儒斯特角为67.4
°
。rpr1对入射偏振激光具高反射率
的同时，而且还可对入射偏振激光可产生λ/4的相位延迟。
20.入射偏振光的偏振方向为垂直于水平面的s线偏振光时，将tfp1、2沿光束传输方向交叉放置，薄膜偏振片表面与水平面都呈22.6
°
角，该s线偏振光偏振方向平行于tfp1、2的入射面，该s线偏振光可透过tfp1、2。该s线偏振光经过rpr1后，产生λ/4的相位延迟，将s线偏振光转换为圆偏振光。由于tfp1、2可对垂直于入射面的偏振光具有高反射率，因此可对激光放大器产生的反向传输的随机偏振的ase或者自激振荡激光进行p线偏振光反射，使得其在放大系统中具有级间隔离的作用。
21.同时，在高功率传输过程中，放大器窗口镜片都会存在一定的镜面反射，tfp1、2对来自该镜面反射回返光也可实现一定的隔离作用。放大器窗口片反射的光为圆偏振光，该回返光首先经过rpr1后可将圆偏振光转化成p线偏振光，该p线偏振光偏振方向垂直于tfp1、2入射面，因此对其具有高反射率特性，将其反射，得以保护放大系统的前级放大器以及种子源激光器。
22.值得一提的是，在其他实施例中，可以通过增加薄膜偏振片的数量提高偏振隔离度。
23.如图3所示，偏振隔离器2包括2个薄膜偏振片tpf3、4和2个λ/4相位延迟镜rpr2、3。rpr2将来自激光放大器输出窗口的圆偏振光转化为p线偏振光，将tfp3、4沿光路传输方向交叉放置，使其镜面与水平面垂直放置，并使其镜面与入射面呈67.4
°
。该p线偏振光偏振方向平行于tfp3、4入射面，该p线偏振光可透过tfp3、4。该p线偏振光经过rpr3后转换为圆偏振光输出。与偏振隔离器1中类似，偏振隔离器2中的tfp3、4与rpr3组合可实现对来自后级放大器窗口片的回返激光或放大器自激激光和ase隔离。
24.值得一提的是，在其他实施例中，可以通过薄膜偏振片的数量提高偏振隔离度。
25.为了实现高功率传输，以上薄膜偏振片和λ/4相位延迟反射镜均由铜制材料作为衬底并对其进行冷却。优选地，采用水冷对薄膜偏振片和λ/4相位延迟反射镜进行冷却。
26.以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。