一种紧凑型高重频碟片再生放大器

本申请涉及激光，具体而言，涉及一种紧凑型高重频碟片再生放大器。

背景技术：

1、激光技术自问世以来，经过不断发展，其中的固体激光器被广泛应用于基础科研、工业加工、民生医疗等领域。传统的固体激光器因为其严重的热效应限制了输出激光质量的进一步提升，限制了其应用场景及发展。为进一步提升固体激光器中的热管理能力，由传统的棒状激光器而发展出板条激光器、光纤激光器及碟片激光器，相比于板条激光器及光纤激光器，碟片激光器同时具备高峰值功率、大能量及高光束质量等优点。

2、碟片激光器是将增益介质做成大而薄的圆盘形状，从根本上解决了固体激光器中的热效应难题。在超快激光的发展进程中，得益于啁啾脉冲放大技术的发明，使得激光峰值功率得到显著的提高。啁啾脉冲放大系统通常采用预防大单元和主放大单元结合的方式对种子光能量进行放大，基于碟片技术的再生放大器因其能够在保持较好光束质量的同时实现大能量脉冲输出，常用作啁啾脉冲放大系统中的预放大单元，将能量为微焦耳级或纳焦耳级的种子光放大至百毫焦级。

技术实现思路

1、本申请一些实施例提供一种紧凑型高重频碟片再生放大器，包括：

2、输入输出光路，配置为输入种子光以及输出放大后的激光，所述输入输出光路包括：种子光源、光束变换透镜组、光隔离器、第一1/2波片、第一偏振分光片、法拉第旋光器以及第二1/2波片；

3、再生放大器光路，配置为对输入的种子光进行放大，所述再生放大器光路包括：泵浦模块及碟片再生放大器腔体，其中，所述碟片再生放大器腔体包括：第二偏振分光片、普克尔盒、1/4波片、第一平面反射镜、第一凹面反射镜、球面反射镜、第二平面反射镜以及碟片模块；

4、其中，所述种子光源输出s偏振态种子光，所述种子光经由光束变换透镜组进行光束变换，使得进入所述碟片再生放大器腔体的光斑与所述碟片再生放大器腔体特性匹配；光束变换后的s偏振态的种子光通过所述光隔离器经过所述第一1/2波片变为p偏振态的种子光，所述p偏振态的种子光经过所述第一偏振分光片、法拉第旋光器以及第二1/2波片后保持p偏振态进入所述再生放大器光路；

5、进入所述再生放大器光路中的种子光通过普克尔盒、1/4波片、第一平面反射镜、第一凹面反射镜，经第一凹面反射镜反射后原路返回依次通过所述第一平面反射镜、所述1/4波片、所述普克尔盒、第二偏振分光片、球面反射镜、第二平面反射镜后到达所述碟片模块，经过所述碟片模块放大后沿原路返回在谐振腔内往返进行放大，通过控制所述普克尔盒工作状态及工作时间控制所述种子光在谐振腔往返时间，所述种子光能量放大至目标值后从所述第一偏振分光片输出。

6、在一些实施例中,所述碟片再生放大器腔体的腔长为2m~2.5m。

7、在一些实施例中,所述碟片再生放大器腔体中放大光路的光斑最小直径位于所述碟片模块的端面。

8、在一些实施例中,所述碟片模块包括：

9、反射镜回路，配置为使泵浦激光在所述碟片模块中多次往返；

10、碟片激光晶体，作为激光增益介质对所述种子光进行放大；

11、其中，所述碟片激光晶体作为所述碟片再生放大器腔体的腔内反射元件，位于所述碟片再生放大器腔体的端面。

12、在一些实施例中,所述

13、泵浦模块用于输出泵浦光对所述碟片激光晶体进行泵浦；

14、其中，放大光路在所述碟片激光晶体端面的激光光斑大小是所述泵浦光在所述碟片激光晶体端面的光斑大小的0.7~0.8倍。

15、在一些实施例中,所述碟片激光晶体包括以下至少之一：yb:yag、yb:kgw、yb:calgo、yb:lusco3、ho:yag、ho:kyw、tm:yag、tm:kyw、cr:znse 以及 tm:llf；

16、和/或，所述碟片激光晶体直径为5-50mm；和/或，所述碟片激光晶体厚度为百微米量级。

17、在一些实施例中, 所述种子光源为光纤激光器，输出重频范围为10hz~100mhz。

18、在一些实施例中,所述第一凹面反射镜为0度第一凹面反射镜、所述球面反射镜为0度球面反射镜、所述第一平面反射镜为45度平面反射镜；所述第二平面反射镜为0度平面反射镜。

19、在一些实施例中, 所述碟片再生放大器腔体中放大光路的光斑最小直径为2mm~2.1mm。

20、在一些实施例中, 所述碟片模块还包括：

21、机械夹具，用于保持所述碟片模块的稳定性；

22、冷却回路，设置于所述机械夹具，用于导出从所述碟片激光晶体的热量。

23、本申请实施例的上述方案与相关技术相比，至少具有以下有益效果：

24、本发明基于热近非稳腔的概念提出一种紧凑型高重频碟片再生放大器，在保证输出激光具有较高光束质量条件下，谐振腔腔长小于2.5m，极大的缩短了碟片再生放大器的谐振腔长度，解决了由于谐振腔腔长较长使得最小光斑位于谐振腔内，从而损坏谐振腔内器件的技术问题。

技术特征：

1.一种紧凑型高重频碟片再生放大器，其特征在于,包括：

2.根据权利要求1所述的紧凑型高重频碟片再生放大器，其特征在于,所述碟片再生放大器腔体的腔长为2m~2.5m。

3.根据权利要求1所述的紧凑型高重频碟片再生放大器，其特征在于,所述碟片再生放大器腔体中放大光路的光斑最小直径位于所述碟片模块的端面。

4.根据权利要求1所述的紧凑型高重频碟片再生放大器，其特征在于,所述碟片模块包括：

5.根据权利要求4所述的紧凑型高重频碟片再生放大器，其特征在于,所述泵浦模块用于输出泵浦光对所述碟片激光晶体进行泵浦；

6.根据权利要求4所述的紧凑型高重频碟片再生放大器，其特征在于,所述碟片激光晶体包括以下至少之一：yb:yag、yb:kgw、yb:calgo、yb:lusco3、ho:yag、ho:kyw、tm:yag、tm:kyw、cr:znse 以及 tm:llf；

7.根据权利要求1所述的紧凑型高重频碟片再生放大器，其特征在于, 所述种子光源为光纤激光器，输出重频范围为10hz~100mhz。

8.根据权利要求1所述的紧凑型高重频碟片再生放大器，其特征在于, 所述第一凹面反射镜为0度第一凹面反射镜、所述球面反射镜为0度球面反射镜、所述第一平面反射镜为45度平面反射镜；所述第二平面反射镜为0度平面反射镜。

9.根据权利要求1所述的紧凑型高重频碟片再生放大器，其特征在于, 所述碟片再生放大器腔体中放大光路的光斑最小直径为2mm~2.1mm。

10.根据权利要求4所述的紧凑型高重频碟片再生放大器，其特征在于, 所述碟片模块还包括：

技术总结
本发明涉及激光技术领域，提供一种紧凑型高重频碟片再生放大器，包括：输入输出光路，配置为输入种子光以及输出放大后的激光，输入输出光路包括：种子光源、光束变换透镜组、光隔离器、第一1/2波片、第一偏振分光片、法拉第旋光器以及第二1/2波片；再生放大器光路，配置为对输入的种子光进行放大，再生放大器光路包括：泵浦模块及碟片再生放大器腔体，碟片再生放大器腔体包括：第二偏振分光片、普克尔盒、1/4波片、第一平面反射镜、第一凹面反射镜、球面反射镜、第二平面反射镜以及碟片模块；本发明缩短了碟片再生放大器的谐振腔长度，解决了由于谐振腔腔长较长使得最小光斑位于谐振腔内，从而损坏谐振腔内器件的技术问题。

技术研发人员：陈飞,姚志焕,陈毅,孙俊杰,于晶华,张新,张逸文,张阔,何洋,于德洋
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/10/10