專利名稱：一種碟片激光放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碟片激光放大器。
背景技術(shù)：
激光技術(shù)自上世紀(jì)六十年代至今高速發(fā)展，同時(shí)，又與其他高新技術(shù)相互滲透，在材料加工、醫(yī)療、軍事、測(cè)量及科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究等眾多領(lǐng)域有越來越廣泛的應(yīng)用。其中，固體激光器具有體積小，重量輕，成本低，使用維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)，成為激光器家族中獨(dú)特的一個(gè)分支，并向著高平均功率、高光束質(zhì)量、高轉(zhuǎn)換效率的方向快速發(fā)展。然而傳統(tǒng)的棒狀固體激光器和棒狀固體激光放大器，由于其側(cè)面泵浦的結(jié)構(gòu)和冷卻方式的局限性，導(dǎo)致了晶體內(nèi)部產(chǎn)生徑向溫度場(chǎng)分布，引起了熱透鏡效應(yīng)、熱應(yīng)力雙折射等問題，造成輸出激光光束質(zhì)量的下降，不利于在激光加工技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用。為獲得高光束質(zhì)量激光輸出，往往采用提高 基模體積、增大諧振腔損耗等手段抑制高階模式的產(chǎn)生，相同條件下，這樣的工作模式獲得輸出功率一般明顯低于多模(低光束質(zhì)量)工作模式，因此在獲得高光束質(zhì)量的種子光源后，利用激光放大器對(duì)入射激光進(jìn)行放大，可以在保持較高的光束質(zhì)量的同時(shí)獲得更高的輸出功率。傳統(tǒng)激光放大器一般采用棒狀增益介質(zhì)或板條狀增益介質(zhì)，種子激光再通過被泵浦的增益介質(zhì)過程中被放大。為了獲得較高的輸出功率，往往需要多級(jí)棒狀增益介質(zhì)，或采用復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)使被放大激光多次通過板條狀增益介質(zhì)。這兩種激光放大器均存在以下問題激光晶體內(nèi)部溫度梯度方向與被放大激光傳播方向垂直，顯著的熱透鏡效應(yīng)會(huì)在放大過程中不斷劣化被放大激光光束質(zhì)量。不易同時(shí)獲得高功率、高光束質(zhì)量的激光輸出。其次，被放大激光在傳播過程中，光束截面尺寸不斷變化，實(shí)現(xiàn)泵浦區(qū)域尺寸與被放大激光尺寸相匹配是十分困難的。作為新型的激光增益介質(zhì)，碟片狀激光晶體作為增益介質(zhì)在碟片固體激光器上已取得了極大成功。這種類型的激光晶體也適用于激光放大器。因?yàn)槠涮厥獾膸缀谓Y(jié)構(gòu)，客服了傳統(tǒng)放大器中棒狀增益介質(zhì)固有的顯著的熱透鏡效應(yīng)，特別是以三價(jià)Yb離子摻雜的YAG碟片激光晶體，具有生熱率小，導(dǎo)熱率高等特點(diǎn)。碟片狀晶體一般采用端面泵浦方式，晶體中熱流方向與光軸方向平行。由于激光晶體厚度很小，因而即使在泵浦功率密度很高時(shí)，晶體內(nèi)部的升溫也不會(huì)很大，晶體內(nèi)部增益區(qū)內(nèi)溫度徑向均勻分布，極大消除了晶體的熱形變。因?yàn)榈瑺罴す饩w具有可承受泵浦功率高，熱畸變小等優(yōu)勢(shì)，相比傳統(tǒng)棒狀增益介質(zhì)，以這種碟片狀激光晶體作為增益介質(zhì)的激光放大器，可以在實(shí)現(xiàn)較高增益系數(shù)，獲得較高的放大效率的同時(shí)，有效的避免波前畸變和脈沖形狀畸變。碟片激光晶體厚度一般為幾百微米，若采用傳統(tǒng)的端面單次泵浦，因?yàn)槲臻L(zhǎng)度小，所以吸收效率較低；在激光放大中，采用傳統(tǒng)的單程放大，因?yàn)榉糯箝L(zhǎng)度小，所以不易獲得較大的放大倍率和較高的能量提取效率。為了使泵浦光被充分吸收，并實(shí)現(xiàn)較高的放大倍率，高效的多次泵浦技術(shù)和多次放大技術(shù)是碟片激光放大器的關(guān)鍵技術(shù)。這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)均是要利用一定的光學(xué)系統(tǒng)使特定光束多次聚焦于碟片晶體上并被吸收或放大。
S. Erhard等人提出的單拋物面光束空間旋轉(zhuǎn)多次泵浦技術(shù)的方案，可以實(shí)現(xiàn)16次或32次泵浦過程，并成功的應(yīng)用于高功率碟片固體激光器和碟片激光放大器中，但是這種多次泵浦技術(shù)存在的主要問題是機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，光學(xué)調(diào)整難度較高。而且這種方案下，對(duì)輸入泵浦光束的光束質(zhì)量要求較高。同時(shí)這種多次泵浦技術(shù)在空間上只允許一路光束多次聚焦于碟片，很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)多次泵浦和多次放大，不易實(shí)用于高效的激光放大器。德國斯圖加特大學(xué)A. Giesen等人采用上述S. Erhard等人發(fā)明的多次泵浦方案泵浦的碟片激光晶體作為增益介質(zhì)，發(fā)明了一種基于多反射鏡陣列的碟片激光放大器，其設(shè)計(jì)思想是，經(jīng)過準(zhǔn)直的種子激光入射碟片激光晶體并被放大、發(fā)射，被反射的激光束被特定位置、特定角度放置的平面反射鏡和曲面反射鏡反射，使其再次入射至碟片激光晶體，實(shí)現(xiàn)多次放大。被放大的次數(shù)與所放置的反射鏡個(gè)數(shù)、即其放置的位置、角度相關(guān)。這種碟片激光放大器實(shí)現(xiàn)了利用碟片狀激光晶體對(duì)種子激光多次放大。但是，反射鏡陣列中，每個(gè)反射鏡角度均不相同，安裝、調(diào)試難度大。光束在放大、傳播過程中，截面尺寸不斷增加，無法保證各次放大過程中均與碟片激光晶體的泵浦區(qū)域相匹配
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺點(diǎn)，提供一種碟片激光放大器，該碟片激光放大器對(duì)泵浦光束吸收效率高，對(duì)泵浦源、泵浦光束復(fù)合準(zhǔn)直整形要求低，利用獨(dú)特的光學(xué)結(jié)構(gòu)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)泵浦光的多次吸收和對(duì)激光的多次放大。系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，制造、裝配容易，可以對(duì)種子激光實(shí)現(xiàn)高效的放大，并保持其較好的光束質(zhì)量。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種碟片固體激光放大器，包括同軸共軛放置的兩拋物面反射鏡，形成拋物面反射鏡組，其中每個(gè)拋物面反射鏡的頂點(diǎn)處設(shè)置有一碟片激光晶體，兩碟片激光晶體的端面法線分別與其對(duì)應(yīng)的拋物面反射鏡的光軸呈一定傾角，且兩個(gè)傾角不相等，泵浦光和種子激光分別從拋物面反射鏡上的泵浦光入口和激光入口平行于光軸射入到由所述兩拋物面反射鏡形成的聚光腔中，并在該聚光腔中多次反射后交替會(huì)聚于兩碟片激光晶體上，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩碟片激光晶體的多次泵浦和對(duì)激光的多次放大。冷卻系統(tǒng)用于碟片狀激光晶體的冷卻，面形函數(shù)相同的二個(gè)拋物面反射鏡同軸共軛放置，其中一個(gè)拋物面反射鏡的頂點(diǎn)位于另一個(gè)拋物面反射鏡的焦點(diǎn)處。第一碟片激光晶體被連接在一定的冷卻結(jié)構(gòu)上并放置于第一拋物面反射鏡的頂點(diǎn)處，且第一碟片激光晶體端面法線與第一拋物面反射鏡的光軸之間的傾角β為1-5度；第二碟片激光晶體被連接在一定的冷卻結(jié)構(gòu)上并放置于第二拋物面反射鏡的頂點(diǎn)處，且第二碟片激光晶體與第二拋物面反射鏡的光軸之間的傾角α為1-5度，且α古β ;—個(gè)條形泵浦光入口被設(shè)計(jì)在第一拋物面反射鏡上，且其幾何中心相對(duì)第一碟片激光晶體沿慢軸正方向偏移一定距離，一個(gè)圓形或矩形激光入口設(shè)計(jì)在第一或二拋物面反射鏡上，且其幾何中心相對(duì)第一、第二碟片激光晶體沿慢軸負(fù)方向偏移一定距離；或者兩個(gè)條形泵浦光入口設(shè)計(jì)在第一拋物面反射鏡上，且其幾何中心沿慢軸正方向?qū)ΨQ的分布于第一碟片激光晶體兩側(cè)；或者兩個(gè)條形泵浦光入口設(shè)計(jì)在第一拋物面反射鏡上，且其幾何中心沿慢軸正方向?qū)ΨQ的分布于第一碟片激光晶體兩側(cè)，一個(gè)圓形或矩形激光入口設(shè)計(jì)在第一或二拋物面反射鏡上，且其幾何中心相對(duì)第一、第二碟片激光晶體沿快軸方向偏移較小距離；一個(gè)圓形或矩形激光出口設(shè)計(jì)在第二拋物面反射鏡上，且其幾何中心相對(duì)激光入口沿快軸方向偏移一定距離；一組或兩組半導(dǎo)體激光器疊陣發(fā)出的泵浦光經(jīng)光束復(fù)合器復(fù)合、泵浦光束準(zhǔn)直器準(zhǔn)直，從條形泵浦光入口進(jìn)入由第一拋物面反射鏡、第二拋物面反射鏡、第一碟片激光晶體、第二碟片激光晶體組成的多次泵浦聚光腔，在多次泵浦聚光腔內(nèi)，由所述的第一拋物面反射鏡、第二拋物面反射鏡、第一碟片激光晶體、第二碟片激光晶體聚焦、準(zhǔn)直、偏轉(zhuǎn)多次會(huì)聚于第一碟片激光晶體、第二碟片激光晶體上；種子激光直接或先經(jīng)過預(yù)放大級(jí)經(jīng)過一定的光學(xué)系統(tǒng)以與準(zhǔn)直泵浦光束近似的發(fā)散角由激光入口進(jìn)入由一拋物面反射鏡、第二拋物面反射鏡、第一碟片激光晶體、第二碟片激光晶體組成多次放大腔，被多次放大的激光由激光出口輸出。通過平面全反鏡或曲面全反鏡將多個(gè)多次泵浦(放大)聚光腔串接并構(gòu)成多級(jí)激光放大器，增加種子激光通過碟片狀激光晶體的總次數(shù)，即增大了放大長(zhǎng)度，以獲得更高功
率的激光輸出。所述的碟片狀激光晶體面向腔體的一面鍍有對(duì)泵浦光和被放大激光波長(zhǎng)高反射膜層，另一面鍍有對(duì)泵浦光和放大激光波長(zhǎng)的高透射膜層。所述的沖擊冷卻系統(tǒng)主要構(gòu)件有制冷機(jī)、水泵、水箱、冷卻室、進(jìn)水管道及回水通道；冷卻室可以位于碟片狀激光晶體所在的拋物面反射鏡的內(nèi)部，也可以作為獨(dú)立零件與拋物面反射鏡分離；碟片可以焊接、鉗接或粘接與冷卻系統(tǒng)上，也可以作為冷卻室的一部分并使其鍍有高反膜的一面直接與冷卻液接觸并被高效冷卻。冷卻室內(nèi)可以安裝噴嘴、噴嘴陣列與制冷機(jī)、水泵、進(jìn)水管道及回水通道構(gòu)成射流沖擊冷卻系統(tǒng)。冷卻室也可以為微通道冷卻器或半導(dǎo)體制冷裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)碟片狀激光晶體的冷卻。具體而言，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)半導(dǎo)體激光器疊陣組泵浦的方式，效率高、壽命長(zhǎng)，設(shè)備維護(hù)方便。(2)采用碟片狀激光晶體作為增益介質(zhì)，晶體熱畸變小，在對(duì)種子激光功率放大過程中，可以較好的保持其光束質(zhì)量。最終獲得高光束質(zhì)量高功率激光輸出。(3)雙拋物面反射鏡和兩個(gè)碟片狀激光晶體組成的多次泵浦聚光腔，降低了泵浦光整形、準(zhǔn)直器的復(fù)雜性，不需要對(duì)半導(dǎo)體激光器疊陣快慢軸方向顯著的光參數(shù)積差異進(jìn)行圓化。高效的實(shí)現(xiàn)多次泵浦，泵浦光斑面積合理，功率密度分布均勻；雙拋物面反射鏡和兩個(gè)碟片狀激光晶體組成的多次放大腔，提高了激光放大倍率和能量提取效率，降低了入射激光的預(yù)放大要求。在激光放大過程中，激光光束多次反射、傳輸，但均被拋物面會(huì)聚于焦點(diǎn)，對(duì)入射激光光束的準(zhǔn)直性要求低。(4)在單個(gè)多次泵浦腔中對(duì)稱位置放置兩塊碟片狀激光晶體，在實(shí)現(xiàn)對(duì)泵浦光束高效吸收的同時(shí)，減小了單個(gè)碟片的多次泵浦次數(shù)，降低了對(duì)泵浦光源光束質(zhì)量的要求，簡(jiǎn)化了準(zhǔn)直系統(tǒng)。減少了多次泵浦過程中拋物面反射鏡對(duì)泵浦光的吸收，提高了泵浦光的利用效率。同時(shí)，種子激光在兩塊碟片狀激光晶體上均被有效放大，提高了放大效率。(5)碟片狀激光晶體可以直接焊接、粘接或鉗接于冷卻室上，也可以作為冷卻室腔體的一部分直接和冷卻液接觸并被冷卻。可以靈活采用多種高效的冷卻方式，冷卻效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)冷卻液、水泵、冷卻器等設(shè)備要求低。同時(shí)，碟片狀激光晶體溫度較低、增益區(qū)內(nèi)徑向溫度梯度小，在具體實(shí)現(xiàn)中，可以根據(jù)被放大激光波長(zhǎng)等具體參數(shù)靈活應(yīng)用Yb3+、Nd3+、Tm3+、Ho3+等新型激光增益材料，實(shí)現(xiàn)高效率、高光束質(zhì)量的激光放大。(7)容易實(shí)現(xiàn)模塊化，并能將多個(gè)獨(dú)立多次泵浦(放大)腔模塊串接，獲得更大的放大倍率和更高功率的輸出。(6)設(shè)備體積較小、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，安裝、調(diào)節(jié)和維護(hù)容易、質(zhì)量較輕，便于工業(yè)應(yīng)用。


圖la、圖Ib是本發(fā)明第一種具體實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2a是圖I中多次泵浦聚光腔部分主視圖。圖2b是圖I中多次泵浦聚光腔部分俯視圖。圖3a、圖3b是本發(fā)明第一種、第二種具體實(shí)現(xiàn)方式中泵浦光束和第一種具體實(shí)現(xiàn)方式中激光光束在第一拋物面、第二拋物面上的反射位置。圖4是本發(fā)明第二種具體實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明第三種具體實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明第四種具體實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7a、圖7b是本發(fā)明第五種具體實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8a、圖Sb是本發(fā)明第三種、第四種、第五種具體實(shí)現(xiàn)方式中泵浦光束和第五種具體實(shí)現(xiàn)方式中激光光束在第一拋物面、第二拋物面上的反射位置。圖9a是本發(fā)明基于第一種具體實(shí)現(xiàn)方式的多模塊串接放大實(shí)現(xiàn)方式。圖9b是本發(fā)明基于第五種具體實(shí)現(xiàn)方式的多模塊串接放大實(shí)現(xiàn)方式。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用一個(gè)或若干個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣作為泵浦源，一臺(tái)輸出光束質(zhì)量較好的激光器作為種子光源，雙拋物面反射鏡、和兩塊碟片狀激光晶體組成多次泵浦(放大)聚光腔，利用共軛放置的雙拋物面反射鏡的準(zhǔn)直、聚焦特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵浦光束多次吸收和對(duì)種子激光的多次放大。在具體實(shí)現(xiàn)方式中，一個(gè)條形泵浦光入口設(shè)計(jì)在第一拋物面反射鏡上，且其幾何中心相對(duì)第一碟片激光晶體沿慢軸正方向偏移一定距離，一個(gè)圓形或矩形激光入口設(shè)計(jì)在第二或第一拋物面反射鏡上，且其幾何中心相對(duì)第二碟片狀激光晶體沿慢軸負(fù)方向偏移一定距離；或者兩個(gè)條形泵浦光入口設(shè)計(jì)在第一拋物面反射鏡上，且其幾何中心沿慢軸正方向?qū)ΨQ的分布于第一碟片激光晶體兩側(cè)；或者兩個(gè)條形泵浦光入口設(shè)計(jì)在第一拋物面反射鏡上，且其幾何中心沿慢軸正方向?qū)ΨQ的分布于第一碟片激光晶體兩側(cè)，一個(gè)圓形或矩形激光入口設(shè)計(jì)在第一或二拋物面反射鏡上，且其幾何中心相對(duì)第一、第二碟片激光晶體沿快軸方向偏移較小距離；一個(gè)圓形或矩形激光出口設(shè)計(jì)在第二拋物面反射鏡上，且其幾何中心相對(duì)激光入口沿快軸方向偏移一定距離；被冷卻系統(tǒng)高效冷卻的第一碟片激光晶體和第二碟片激光晶體分別在第一拋物面反射鏡和第二拋物面反射鏡頂點(diǎn)處，并分別相對(duì)拋物面中軸傾斜一定角度且兩塊碟片晶體的傾斜角度不同。準(zhǔn)直泵浦光束先被聚焦在第二碟片激光晶體上，未被吸收的部分在聚光腔內(nèi)被多次反射，并被第一碟片激光晶體、第二碟片激光晶體交替吸收，泵浦光束在泵浦腔內(nèi)的空間位置逐次平移，實(shí)現(xiàn)對(duì)碟片激光晶體的多次泵浦，提高增益介質(zhì)對(duì)泵浦光的吸收效率和激活粒子的能級(jí)反轉(zhuǎn)深度。由種子激光器發(fā)出的種子激光經(jīng)過一定的光學(xué)系統(tǒng)，變換為一定發(fā)散角的準(zhǔn)直光束經(jīng)過激光入口被聚焦于第一或第二碟片激光晶體上，并被放大反射，被放大激光在放大腔內(nèi)被多次反射，并被第二碟片激光晶體、第一碟片激光晶體交替放大，被放大激光光束在放大腔內(nèi)的空間位置逐次平移，實(shí)現(xiàn)若干次放大后，由激光出口輸出。在具體實(shí)現(xiàn)中，可以將多個(gè)上述多次泵浦(放大)單元模塊串聯(lián)組成的多級(jí)放大系統(tǒng)，以提高最大輸出功率，并獲得較好的光束質(zhì)量。下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明的第一種實(shí)現(xiàn)方式如圖la、lb所示，這種碟片固體激光放大器包括半導(dǎo)體激光器疊陣組I、光束復(fù)合器2、泵浦光束準(zhǔn)直器3、第一拋物面反射鏡4、第二拋物面反射鏡
5、第一碟片激光晶體6、第二碟片激光晶體7、碟片晶體冷卻系統(tǒng)8，種子激光器10，預(yù)放大 系統(tǒng)11，激光準(zhǔn)直系統(tǒng)12等結(jié)構(gòu)，其中，第一拋物面反射鏡4和第二拋物面反射鏡5為共軛放置；條形泵浦光入口 9位于第一拋物面反射鏡4上，且其幾何中心相對(duì)第一碟片激光晶體6沿慢軸(y軸)正方向偏移一定距離，半導(dǎo)體激光器疊陣組I發(fā)射的泵浦光束經(jīng)過光束復(fù)合器2復(fù)合，泵浦光準(zhǔn)直器3準(zhǔn)直后進(jìn)入由第一拋物面反射鏡4、第二拋物面反射鏡5、第一碟片激光晶體6、第二碟片激光晶體7構(gòu)成的多次泵浦聚光腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩塊碟片晶體多次、高效、均勻的泵浦；激光入口 13設(shè)計(jì)在第二拋物面反射鏡5上，且其幾何中心相對(duì)第二碟片激光晶體7沿慢軸負(fù)方向偏移一定距離，由種子激光器10輸出的種子激光或先被預(yù)放大系統(tǒng)11預(yù)放大，或直接由激光準(zhǔn)直系統(tǒng)12變換為一定發(fā)散角的準(zhǔn)直光束由激光入口 13進(jìn)入由第一拋物面反射鏡4、第二拋物面反射鏡5、第一碟片激光晶體6、第二碟片激光晶體7構(gòu)成的多次放大腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)其的多次放大，放大若干次后經(jīng)激光出口 14輸出。工作過程中，冷卻系統(tǒng)8A、8B分別對(duì)第一碟片晶體6、第二碟片晶體7高效冷卻。半導(dǎo)體激光器疊陣I作為碟片固體激光器的泵浦源，此光束在快軸和慢軸的發(fā)散角以及光斑尺寸均不同，慢軸方向的光參數(shù)積BPP遠(yuǎn)大于快軸方向的光參數(shù)積BPP。具體的，半導(dǎo)體激光器疊陣I輸出光束截面為矩形，快軸方向?yàn)?0mm左右,慢軸方向?yàn)镮Omm左右；同時(shí)快軸方向各巴條在出射面附近已被預(yù)準(zhǔn)直，這一方向的發(fā)散角在Imrad以下，而慢軸方向發(fā)散角一般大于50mrad。整體而言，半導(dǎo)體激光器疊陣I的光束質(zhì)量較差。在說明書和說明書附圖中，快軸即為X軸，慢軸即為y軸，與X軸、y軸構(gòu)成平面垂直的方向即拋物面中軸，下文中簡(jiǎn)稱中軸。泵浦光束準(zhǔn)直器3將經(jīng)過光束復(fù)合器2復(fù)合的由半導(dǎo)體激光器疊陣I所發(fā)出的截面為矩形的光束進(jìn)行準(zhǔn)直，在位于第一拋物面反射鏡4下部的泵浦光入口 9處獲得長(zhǎng)條形光斑，此光斑X方向尺寸遠(yuǎn)小于y方向尺寸，并且準(zhǔn)直后的泵浦光束x、y方向發(fā)散角較小且相等。這里被泵浦光束準(zhǔn)直器3準(zhǔn)直的光束可以是由單個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣發(fā)出，也可以是由多個(gè)半導(dǎo)體激光器疊陣發(fā)出后再經(jīng)過光束復(fù)合器復(fù)合獲得。第一拋物面反射鏡4、第二拋物面反射鏡5、第一碟片激光晶體6、第二碟片激光晶體7構(gòu)成多次泵浦聚光腔，圖2給出了聚光腔內(nèi)各部件的位置關(guān)系。其中第一拋物面15、第二拋物面16分別為第一拋物面反射鏡4、第二拋物面反射鏡5的反射面。第一拋物面15、第二拋物面16具有相同的拋物線函數(shù)，焦距均為P，頂點(diǎn)相距P/2且同軸。第一拋物面15的焦點(diǎn)與第二拋物面16的頂點(diǎn)重合；第二拋物面16的焦點(diǎn)與第一拋物面15的頂點(diǎn)重合，所以說兩個(gè)拋物面反射鏡共軛放置。第一碟片激光晶體6和第二碟片激光晶體7是厚度為O. Imm-Imm,直徑為4mm-20mm的碟片狀晶體，它們作為激光器的激活介質(zhì)。兩塊碟片激光晶體尺寸、摻雜濃度可以相同、也可以不同。兩塊晶體遠(yuǎn)離腔體的一面均鍍有對(duì)泵浦光和種子激光波長(zhǎng)的高反射膜層，因?yàn)榈谝坏す饩w6和第二碟片激光晶體7以特定角度放置，該膜層反射泵浦光和被放大激光并偏轉(zhuǎn)光束傳輸方向與中軸的夾角；另一面鍍有對(duì)泵浦光和輸出激光的高透膜層，以減少泵浦光和激光的反射損耗。碟片狀激光晶體6被連接在冷卻系統(tǒng)8A上，并位于第一拋物面15的頂點(diǎn)區(qū)域，即第二拋物面16的焦點(diǎn)區(qū)域，安裝中可以適當(dāng)?shù)仉x焦，其反射面面法線相對(duì)中軸沿快軸方向偏轉(zhuǎn)一定夾角β，β為1-5度。第二碟片激光晶體7被連接在冷卻系統(tǒng)8Β上，并位于第二拋物面16的頂點(diǎn)區(qū)域，即第一拋物面15的焦點(diǎn)區(qū)域。其反射面法線方向繞y軸旋轉(zhuǎn)，安裝中可以適當(dāng)?shù)仉x焦，其反射面面法線相對(duì)中軸沿快軸方向偏轉(zhuǎn)一定夾角α，α為1-5度,且a ^ β。放置在第二拋物面16焦點(diǎn)區(qū)域的第一碟片激光晶體6，放置在第一拋物面15焦點(diǎn)區(qū)域的第二碟片激光晶體7及共軛放置的第一拋物面15、第二拋物面16對(duì)于泵浦光構(gòu)成多次泵浦腔，同時(shí)，對(duì)于放大激光構(gòu)成多次放大腔。它們共同實(shí)現(xiàn)將從泵浦光入口 9進(jìn)入·的已準(zhǔn)直的泵浦光束和從激光入口 13進(jìn)入的已準(zhǔn)直種子激光交替會(huì)聚于第一碟片激光晶體6、第二碟片激光晶體7上，分別實(shí)現(xiàn)多次泵浦吸收和多次放大，有效地提高了泵浦光的功率密度、吸收效率與均勻性，并高效的實(shí)現(xiàn)了對(duì)種子激光的放大。實(shí)現(xiàn)多次泵浦和多次放大的具體方案在下文有詳細(xì)介紹。如圖2a、圖2b、圖3a、圖3b所示，在這種實(shí)現(xiàn)方式中，位于第一拋物面反射鏡4即第一拋物面15上的泵浦光入口 9為長(zhǎng)條狀，長(zhǎng)短邊分別平行于I軸、X軸，且X方向尺寸遠(yuǎn)小于y方向尺寸。其中心位于中軸與I軸構(gòu)成的平面上，且相對(duì)第一碟片激光晶體6沿y正方向有一定位移。經(jīng)過準(zhǔn)直的泵浦光由此進(jìn)入多次泵浦聚光腔。位于第二拋物面反射鏡5即第二拋物面16上的激光入口 13為圓形或矩形，其中心位于兩拋物面中軸與I軸構(gòu)成的平面上，且相對(duì)第二碟片激光晶體7沿y負(fù)方向有一定位移。經(jīng)過準(zhǔn)直的種子激光由此進(jìn)入多次放大腔。位于第二拋物面反射鏡5即第二拋物面16上的激光出口 14為圓形或矩形，其中心相對(duì)激光入口 13沿X負(fù)方向有一定位移。如圖la、圖Ib所示，經(jīng)過準(zhǔn)直的泵浦光從泵浦光入口 9進(jìn)入后首先射向第二拋物面反射鏡5，根據(jù)拋物面反射鏡能將平行于中軸的準(zhǔn)直光束反射會(huì)聚于焦點(diǎn)的原理，泵浦光被會(huì)聚于第一碟片激光晶體6上；激光晶體吸收一部分泵浦光，未被吸收的部分被第一碟片激光晶體6的高反膜反射并射向第二拋物面反射鏡5，因?yàn)榧す饩w反射面法線與拋物面中軸有一定夾角β，故水平入射的光束被第一碟片反射后出射光束方向與中軸在快軸方向有夾角2 β，光束到達(dá)第二拋物面反射鏡5的位置在沿快軸方向發(fā)生位移以避開激光入口 13 ;第二拋物面反射鏡5將從其焦點(diǎn)射出的發(fā)散光束反射準(zhǔn)直為平行于中軸的光束并射向第一拋物面反射鏡4 ;第一拋物面反射鏡4又將光束會(huì)聚于其焦點(diǎn)處即第二碟片激光晶體7上，泵浦光束被第二碟片激光晶體7部分吸收，未被吸收的部分被第二碟片激光晶體7的高反膜反射并射向第一拋物面反射鏡4，因?yàn)榈诙す饩w7反射面法線相對(duì)中軸有夾角α，故經(jīng)過第二碟片激光晶體7反射后，出射光線與中軸在快軸方向夾角相對(duì)入射時(shí)改變2α，即出射光線方向與中軸在快軸方向有夾角2(β - α )，光束到達(dá)第一拋物面反射鏡4的位置在沿快軸方向發(fā)生位移以避開泵浦光入口 9 ;光束在相對(duì)泵浦光入口 9沿快軸方向存在一定空間位移處被反射準(zhǔn)直為平行于中軸的光束射向第二拋物面反射鏡5 ;這一光束繼續(xù)在多次泵浦聚光腔中聚焦、準(zhǔn)直、偏轉(zhuǎn)，重復(fù)上述傳播過程，第一碟片激光晶體6和第二碟片激光晶體7不斷偏轉(zhuǎn)其出射光束的方向，光束在拋物面反射鏡上的位置也沿著快軸方向不斷平移，每個(gè)吸收周期的位移量和第一碟片激光晶體6、第二碟片激光晶體7傾斜角度差值相關(guān)。傳播過程中光束多次會(huì)聚于第一碟片激光晶體6和第二碟片激光晶體7上并被吸收，實(shí)現(xiàn)了多次泵浦，提高泵浦光的利用率。在具體實(shí)現(xiàn)中，可以將第一碟片激光晶體6、第二碟片激光晶體7適當(dāng)?shù)仉x焦安裝，每次會(huì)聚在激光晶體上的光斑會(huì)發(fā)生微小地位移、變形和扭轉(zhuǎn)，多次泵浦光斑疊加，可以提高泵浦區(qū)域內(nèi)功率密度空間分布的均勻性。相似的，由激光準(zhǔn)直系統(tǒng)12變換為一定發(fā)散角的準(zhǔn)直種子激光光束從激光入口13進(jìn)入多次放大腔，首先被第一拋物面反射鏡4反射聚焦于第二碟片激光晶體7上，被放大后，這ー光束被第二碟片激光晶體7背面的高反膜反射并沿快軸方向偏轉(zhuǎn)2 α角度射向第一拋物面反射鏡4，光束到達(dá)第一拋物面反射鏡4的位置在沿快軸方向發(fā)生位移以避開泵 浦光入口 9 ;光束被第一拋物面反射鏡4準(zhǔn)直為平行光束平行于中軸方向到達(dá)第二拋物面反射鏡5,激光被第二拋物面反射鏡5聚焦于第一碟片激光晶體6上,并被放大,反射且偏轉(zhuǎn)2β。即出射光線方向與中軸在快軸方向有夾角2(α-β)，光束到達(dá)第二拋物面反射鏡5的位置在沿快軸方向發(fā)生位移以避開激光入口 13 ;光束在相對(duì)激光入口 13沿快軸方向存在一定空間位移處被反射準(zhǔn)直為平行于中軸的光束射向第二拋物面反射鏡5 ;這一光束繼續(xù)在多次放大聚光腔中聚焦、準(zhǔn)直、偏轉(zhuǎn)，重復(fù)上述傳播過程，第一碟片激光晶體6和第二碟片激光晶體7不斷偏轉(zhuǎn)其出射光束的方向，光束在拋物面反射鏡上的位置也沿著快軸方向不斷平移，每個(gè)吸收周期的位移量和第二碟片激光晶體7、第一碟片激光晶體6傾斜角度差值α-β相關(guān)。傳播過程中被放大激光多次會(huì)聚于第一碟片激光晶體6和第二碟片激光晶體7上并被放大，實(shí)現(xiàn)了多次放大，提高放大倍率和能量提取效率。在實(shí)際應(yīng)用中種子激光的發(fā)散角被激光準(zhǔn)直系統(tǒng)12變換為和入射泵浦光束發(fā)散角相同或相似。以實(shí)現(xiàn)在第一碟片激光晶體6和第二碟片激光晶體7上被放大激光光束截面與泵浦增益區(qū)面積的匹配。為了進(jìn)一步提高能力提取效率，可以先利用預(yù)放大器對(duì)種子激光預(yù)放大后再將其注入多次放大腔。為進(jìn)ー步描述多次泵浦、多次放大的過程，多次泵浦聚光腔即多次放大聚光腔內(nèi)，泵浦光束、激光光束多次到達(dá)第一拋物面15和第二拋物面16的位置如圖3a、圖3b所示。泵浦光束由半導(dǎo)體激光器疊陣I組發(fā)出，經(jīng)過光束復(fù)合器2合束和泵浦光準(zhǔn)直器3準(zhǔn)直從泵浦光入口 9進(jìn)入多次泵浦聚光腔；首先在第二拋物面16上的POl區(qū)域被反射，聚焦于第一碟片激光晶體6 ;傾斜放置的碟片將沒有被吸收的部分反射到第二拋物面16上的P02區(qū)域并又被反射為平行于光軸方向的準(zhǔn)直光束射向第一拋物面15上的P03區(qū)域，第一拋物面15將該光束聚焦于第二碟片激光晶體7上，因?yàn)榈诙す饩w7傾斜方向與第一碟片激光晶體6相反且傾斜角不同，所以上述光束被第二碟片激光晶體7反射后不會(huì)射向泵浦光入口 9，而是射向第一拋物面15上的P04區(qū)域，光束在第一拋物面15的P04區(qū)域被反射，類似于從9入射的已準(zhǔn)直泵浦光，平行于拋物面中軸方向射向第二拋物面16，繼續(xù)在多次泵浦聚光腔中被聚焦、準(zhǔn)直、偏轉(zhuǎn)、矯正，并在之后的傳播過程中多次會(huì)聚于第一碟片激光晶體6和第二碟片激光晶體7，直到完全被吸收或光斑移出第二拋物面16孔徑范圍即逃離聚光腔。相似的，被放大種子激光由預(yù)放大器11預(yù)放大，再由激光準(zhǔn)直系統(tǒng)12變換其發(fā)散角使之與入射泵浦光相匹配由激光入口 13進(jìn)入多次放大聚光腔，這ー光束首先在第一拋物面15上的LOl區(qū)域被反射，聚焦于第二碟片激光晶體7 ;被泵浦光激勵(lì)且傾斜放置的碟片將其放大并反射到第一拋物面15上的L02區(qū)域并又被反射為平行于光軸方向的準(zhǔn)直光束射向第二拋物面16上的L03區(qū)域，第二拋物面16將該光束聚焦于第一碟片激光晶體6上，因?yàn)橐脖槐闷止饧?lì)的第二碟片激光晶體7傾斜方向與第一碟片激光晶體6相反且傾斜角不同，所以上述光束被第二碟片激光晶體7放大、反射后不會(huì)射向激光入口 13，而是射向第二拋物面16上的L04區(qū)域，光束在第二拋物面16的L04區(qū)域被反射，類似于從13入射的種子激光，平行于拋物面中軸方向射向第一拋物面15，繼續(xù)在多次放大聚光腔中被聚焦、 準(zhǔn)直、偏轉(zhuǎn)、矯正，并在之后的傳播過程中多次會(huì)聚于第一碟片激光晶體6和第二碟片激光晶體7上被交替放大。若干次后，第二碟片激光晶體7對(duì)該光束最后一次放大并將其反射至第一拋物面15上，被放大激光經(jīng)第一拋物面15反射準(zhǔn)直為平行于中軸的光束由第二拋物面16上的激光出ロ 14輸出。這ー發(fā)明的第二種實(shí)現(xiàn)方式如圖4所示，這種實(shí)現(xiàn)方式兩拋物面關(guān)系、兩塊碟片位置、角度均與上述第一種實(shí)現(xiàn)方式相同。不同的是激光入口 13也位于第一拋物面反射鏡4上，且其幾何中心沿慢軸方向相對(duì)第一碟片激光晶體6有一定位移，且其位移方向與泵浦光入口 9相反。這種實(shí)現(xiàn)方式泵浦光束多次吸收路徑與圖I所示方案相同，但激光多次放大路徑有所不同，即經(jīng)準(zhǔn)直變換的種子激光首先被第二拋物面16反射后聚焦于第一碟片激光晶體6并被第一次放大，之后，這ー光束在多次放大聚光腔中被聚焦、準(zhǔn)直、偏轉(zhuǎn)、矯正，依次被第二碟片激光晶體7和第一碟片激光晶體6交替放大，被多次放大若干次后，激光由激光出ロ輸出，激光出ロ可以位移第一拋物面4上,也可以位移第二拋物面5上,其幾何中心沿快軸方向相對(duì)激光入口 13有若干位移。這ー發(fā)明的第三種實(shí)現(xiàn)方式如圖5所示，兩個(gè)泵浦光入口 9在第一拋物面4上并沿慢軸方向?qū)澐Q的分布在第一碟片激光晶體兩側(cè)，兩組半導(dǎo)體激光器疊陣I分別被兩組光束復(fù)合器2復(fù)合和泵浦光束準(zhǔn)直器3準(zhǔn)直，從兩個(gè)泵浦光入ロ 9進(jìn)入多次泵浦聚光腔，兩組光束首先被第二拋物面16反射后聚焦于第一碟片激光晶體6并被第一次吸收并反射，之后，這ー光束在多次放大聚光腔中被聚焦、準(zhǔn)直、偏轉(zhuǎn)、矯正，依次被第二碟片激光晶體7和第一碟片激光晶體6被交替吸收。具體的，一路泵浦光束傳輸路徑與圖3a、圖3b所屬的泵浦光束傳輸路徑相同。另一路泵浦光束的傳輸路徑與圖3a、圖3b所屬的泵浦光束傳輸路徑相對(duì)兩碟片連線與快軸構(gòu)成平面成鏡像關(guān)系。即兩組泵浦光束在慢軸方向上相對(duì)兩拋物面中心対稱的對(duì)第一碟片激光晶體6和第二碟片激光晶體7實(shí)現(xiàn)多次泵浦。這樣的泵浦方式在之后第五種實(shí)現(xiàn)方式中將被詳細(xì)介紹。被放大種子激光一般具有較好的光束質(zhì)量，即光束傳輸因子積BPP較小，其被激光準(zhǔn)直系統(tǒng)12變換為發(fā)散角與泵浦光束相匹配的光束后光束截面遠(yuǎn)小于泵浦光束，只要泵浦光入口慢軸方向尺寸略大于泵浦光束截面尺寸，被放大種子激光可以從ー個(gè)泵浦光入口 9邊緣區(qū)域進(jìn)入多次放大聚光腔，即一路泵浦光束與種子激光可以從同一個(gè)泵浦光入口 9的不同空間位置進(jìn)入多次(泵浦)放大聚光腔。種子激光進(jìn)入多次放大聚光腔后完成與第二種實(shí)現(xiàn)方式相同的多次放大過程。這種實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)了兩路泵浦光束同時(shí)注入多次泵浦聚光腔完成對(duì)兩塊碟片激光晶體的多次泵浦。這種方式一方面，可以注入更高的泵浦功率，使増益介質(zhì)具有更高的增益系數(shù)，更高效的對(duì)種子激光進(jìn)行放大，獲得更高功率的激光輸出；另一方面，可以有效的簡(jiǎn)化光束復(fù)合器2的復(fù)雜度，并且光束対稱的聚焦于碟片上，提高了泵浦的均勻性，降低碟片因?yàn)楸闷植痪鶆蛞鸬臒嵝?yīng)，提高了激光放大器工作的安全性和穩(wěn)定性。這ー發(fā)明的第四種實(shí)現(xiàn)方式如圖6所示，這種實(shí)現(xiàn)方式中，其泵浦光入口和泵浦光多次吸收的傳輸路徑與第三種實(shí)現(xiàn)方式相同；被放大種子激光也從ー個(gè)泵浦光入口 9進(jìn)入多次放大聚光腔；ー個(gè)具有波長(zhǎng)選擇性鍍膜的平面鏡17放置于一路泵浦光束截面的中心，且鏡面法線方向與兩拋物面中軸夾角為45度。平面鏡17在種子激光波長(zhǎng)為全反射鏡，在泵浦光波長(zhǎng)為高透射鏡；泵浦光束經(jīng)過平面鏡17不改變傳輸方向和發(fā)散角；種子激光光束在兩拋物面中軸和平面鏡17法線構(gòu)成的平面上沿相對(duì)平面鏡17法線45度方向射向平面鏡17，其被平面鏡17反射后沿泵浦光傳播方向同這路泵浦光從同一個(gè)泵浦光入口 9的相同空間位置進(jìn)入多次(泵浦)放大聚光腔；種子激光進(jìn)入多次放大聚光腔后傳輸方式與這一發(fā)明的第二種實(shí)現(xiàn)方式相同。激光光束多次放大和一路泵浦光束多次吸收的路徑相同， 若干次后，被放大激光經(jīng)過多次放大，具有較高的功率，從位于第一拋物面4或第二拋物面5上相對(duì)種子激光經(jīng)過的泵浦光入口 9沿快軸方向有若干位移的激光出口 14輸出，一路被多次吸收泵浦光束也會(huì)從激光出ロ 14逃離多次泵浦聚光腔，但其絕大多數(shù)功率已被吸收，能量損失十分微弱。這ー發(fā)明的第五種實(shí)現(xiàn)方式如圖7a、圖7b所示，其泵浦光入口和泵浦光多次吸收的傳輸路徑與第三種、第四種實(shí)現(xiàn)方式相同。激光入口 13位于第二拋物面反射鏡5上，且其相對(duì)第二碟片激光晶體7沿快軸方向有較小的位移，激光出ロ 14沿快軸方向相對(duì)激光入ロ 13有若干位移。具體實(shí)現(xiàn)中，激光入口 13也可以位于第一拋物面反射鏡4上；激光出口14位于第一拋物面反射鏡4或第二拋物面反射鏡5上均可。可以根據(jù)所需輸出光束方向和空間尺寸要求靈活設(shè)計(jì)安排。具體的，泵浦光束在多次泵浦聚光腔中多次吸收和種子激光在多次放大聚光腔中多次放大過程中，光束在第一拋物面15和第二拋物面16上的位置分別如圖8a和圖Sb所示。兩路被復(fù)合、準(zhǔn)直的泵浦光束經(jīng)過兩個(gè)泵浦光入口 9進(jìn)入多次泵浦聚光腔，其傳輸過程和圖3a、圖3b所描述的第一種實(shí)現(xiàn)方式中的傳輸過程是相似的，區(qū)別是圖8a、圖Sb所述方式泵浦光為兩路，傳輸過程中其空間位置沿快軸方向相對(duì)兩碟片對(duì)稱分布。這ー發(fā)明的第三種、第四種實(shí)現(xiàn)方式中的泵浦光傳輸路徑與第五種實(shí)現(xiàn)方式是相同的。種子激光由快軸方向相對(duì)第二碟片激光晶體7有較小位移的激光入口進(jìn)入多次泵浦聚光腔，其首先在第一拋物面15上的LOl區(qū)域被反射并被聚焦于第二碟片激光晶體7，其入射第二碟片激光晶體7的入射角相對(duì)中軸沿慢軸方向?yàn)?，沿快軸方向?yàn)閅，因?yàn)榈诙す饩w7反射面法線相對(duì)中軸有夾角α，故經(jīng)過第二碟片激光晶體7反射后，出射光線與中軸在快軸方向夾角相對(duì)入射時(shí)改變2 α，即出射光線方向與中軸在快軸方向的夾角為2α + Y，這ー光束射向第一拋物面15上的L02區(qū)域并被反射準(zhǔn)直為傳輸方向與中軸的平行的光束，該光束又射向第一拋物面16上的L03區(qū)域,該光束被第一拋物面16反射后傳輸方向沿快軸方向與中軸的夾角為2 α + Υ，并被聚焦于第一碟片激光晶體6上，因?yàn)榈谝坏す饩w6反射面法線相對(duì)中軸有夾角β，故經(jīng)過第一碟片激光晶體6反射后，出射光線與中軸在快軸方向夾角相對(duì)入射時(shí)改變2β，即出射光線方向與中軸在快軸方向的夾角為2(α-β) + γ ,這樣的光束射向第二拋物面16的L04區(qū)域，有效的避開了激光入ロ 13，并繼續(xù)在多次放大聚光腔中聚焦、準(zhǔn)直、偏轉(zhuǎn)，重復(fù)上述傳播過程，第一碟片激光晶體6和第二碟片激光晶體7不斷偏轉(zhuǎn)其出射光束的方向，光束在拋物面反射鏡上的位置也沿著快軸方向不斷平移，每個(gè)吸收周期的位移量和第二碟片激光晶體7、第一碟片激光晶體6傾斜角度差值α-β相關(guān)。即光束入射、出射碟片晶體的張角逐次増大。傳播過程中被放大激光多次會(huì)聚于第一碟片激光晶體6和第二碟片激光晶體7上并被放大，直到若干次放大后，光束被位移到在第一拋物面15上的激光出口 14區(qū)域，被放大激光輸出。這種實(shí)現(xiàn)方式中，激光傳輸路徑均在兩碟片中軸與慢軸構(gòu)成的平面上，即入射角慢軸成分總為O，這樣的方式更方便與調(diào)節(jié)和安裝，并實(shí)現(xiàn)了泵浦光與被放大激光空間上的分離；同時(shí)，其結(jié)構(gòu)緊湊，也方便于下面將介紹的多模塊串接方案的實(shí)現(xiàn)?；谶@ー發(fā)明第一種實(shí)現(xiàn)方式的多模塊串接方式如圖9a所不,第一個(gè)多次泵浦(放大)聚光腔模塊由泵浦光入口注入被復(fù)合、準(zhǔn)直的泵浦光束，由激光入口注入被預(yù)放大、準(zhǔn)直變換的種子激光，同前文介紹的第一種實(shí)現(xiàn)方式，這ー模塊中的第一碟片激光晶體6A、第二碟片激光晶體7A由一組半導(dǎo)體激光器疊陣組IA發(fā)出的泵浦光束高效均勻的泵浦，
并對(duì)入射種子激光實(shí)現(xiàn)多次放大。種子激光被多次放大后經(jīng)過激光出口 14A輸出，輸出的激光由平面反射鏡、曲面反射鏡、透鏡或棱鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)18轉(zhuǎn)折、變換后從第二個(gè)多次泵浦(放大)聚光腔模塊的激光入口注入第二個(gè)模塊，第二個(gè)多次泵浦(放大)聚光腔模塊由一組半導(dǎo)體激光器疊陣組IB發(fā)出的泵浦光束高效均勻的泵浦，并進(jìn)ー步對(duì)被放大激光進(jìn)行多次放大，被放大激光由14B輸出。具體實(shí)現(xiàn)中，從14B輸出的激光可以作為這ー激光放大器的輸出激光，也可以進(jìn)入下一個(gè)如前所述的多次泵浦(放大)聚光腔模塊被繼續(xù)放大，實(shí)現(xiàn)更多個(gè)模塊的串接?；谶@ー發(fā)明第五種實(shí)現(xiàn)方式的多模塊串接方式如圖9b所示，第一個(gè)多次泵浦(放大)聚光腔模塊由泵浦光入口 9A注入兩路被復(fù)合、準(zhǔn)直的泵浦光束，由激光入口 13A注入被預(yù)放大、準(zhǔn)直變換的種子激光，同前文介紹的第三種、第四種和第五種實(shí)現(xiàn)方式，這ー模塊中的第一碟片激光晶體6A、第二碟片激光晶體7A由兩組半導(dǎo)體激光器疊陣組IA發(fā)出的泵浦光束高效均勻的泵浦，并對(duì)入射種子激光實(shí)現(xiàn)多次放大，種子激光被多次放大后經(jīng)過激光出口 14A輸出，輸出的激光由平面反射鏡、曲面反射鏡、透鏡或棱鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)18轉(zhuǎn)折、變換后從第二個(gè)多次泵浦(放大)聚光腔模塊的激光入口 13B注入第二個(gè)模塊，第二個(gè)多次泵浦(放大)聚光腔模塊由兩組半導(dǎo)體激光器疊陣組IB發(fā)出的泵浦光束高效均勻的泵浦，并進(jìn)ー步對(duì)被放大激光進(jìn)行多次放大，被放大激光由14B輸出。具體實(shí)現(xiàn)中，從14B輸出的激光可以作為這ー激光放大器的輸出激光，也可以進(jìn)入下一個(gè)如前所述的多次泵浦(放大)聚光腔模塊被繼續(xù)放大，實(shí)現(xiàn)更多個(gè)模塊的串接。具體實(shí)現(xiàn)中，除了基于第一種、第五種實(shí)現(xiàn)方式的串接方式外，基于第二種、第三種、第四種實(shí)現(xiàn)方式也能通過由平面反射鏡、曲面反射鏡、透鏡或棱鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多豐吳塊串聯(lián)。在上述各種實(shí)現(xiàn)方式中，冷卻系統(tǒng)8A和SB分別完成對(duì)第一碟片激光晶體6和第ニ碟片激光晶體7的冷卻，提高泵浦吸收效率和粒子反轉(zhuǎn)深度，實(shí)現(xiàn)較高的放大倍率、能量提取效率和較好的工作穩(wěn)定性。根據(jù)放大器泵浦功率的大小，該系統(tǒng)可以選擇射流沖擊冷卻系統(tǒng)、微通道冷卻器、半導(dǎo)體制冷冷卻器或其他形式的冷卻形式。本發(fā)明不僅局限于上述具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，可以采用其它多種具體實(shí)施方式
實(shí)施本發(fā)明 ，因此，凡是采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和思路，做一些簡(jiǎn)單的變化或更改的設(shè)計(jì)，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種碟片固體激光放大器，包括同軸共軛放置的兩拋物面反射鏡(4，5)，形成拋物面反射鏡組，其中每個(gè)拋物面反射鏡的頂點(diǎn)處設(shè)置有一碟片激光晶體(6，7)，兩碟片激光晶體的端面法線分別與其對(duì)應(yīng)的拋物面反射鏡的中軸呈一定傾角，且兩個(gè)傾角不相等，泵浦光和種子激光分別從拋物面反射鏡上的泵浦光入口和激光入口平行于光軸射入到由所述兩拋物面反射鏡(4，5)形成的聚光腔中，并在該聚光腔中多次反射后交替會(huì)聚于兩碟片激光晶體(6，7)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩碟片激光晶體(6，7)的多次泵浦和對(duì)激光的多次放大。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碟片固體激光放大器，其特征在于，所述泵浦光入口(9)和激光入口(13)分別設(shè)置在所述兩個(gè)拋物面反射鏡中的第一拋物面反射鏡(4)和第二拋物面反射鏡(5)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的碟片固體激光放大器，其特征在于，所述泵浦光入口(9)和激光入口(13)均位于所述兩個(gè)拋物面反射鏡中的第一拋物面反射鏡(4)或第二拋物面反射鏡(5)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的碟片固體激光放大器，其特征在于，所述泵浦光入口(9)的幾何中心和所述激光入口(13)的幾何中心均相對(duì)碟片激光晶體(6，7)沿慢軸或快軸方向偏移一定距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4之一所述的碟片固體激光放大器，其特征在于，所述泵浦光入口(9)有多個(gè)，對(duì)稱設(shè)置在第一拋物面反射鏡(4)或第二拋物面反射鏡(5)中軸線兩側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、3、4或5所述的碟片固體激光放大器，其特征在于，泵浦光入口(13)與激光入口(9)重合，泵浦光和種子激光從所述重合的入口入射到聚光腔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碟片固體激光放大器，其特征在于，所述泵浦光在泵浦光入口(9)前的光路上設(shè)置有平面鏡(17)，且鏡面法線方向與兩拋物面中軸夾角為45度，泵浦光束經(jīng)過平面鏡(17)不改變傳輸方向和發(fā)散角；所述種子激光光束在兩拋物面中軸和平面鏡(17)法線構(gòu)成的平面上沿相對(duì)平面鏡(17)法線45度方向射向平面鏡(17)，其被平面鏡(17)反射后沿泵浦光傳播方向同這路泵浦光從該泵浦光入口(9)的相同空間位置進(jìn)入。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的碟片固體激光放大器，其特征在于，所述泵浦光由半導(dǎo)體激光器(I)生成，在入射到泵浦光入口(9)前，先經(jīng)光束復(fù)合器(2)和泵浦光束準(zhǔn)直器(3)進(jìn)行準(zhǔn)直。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的碟片固體激光放大器，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光器(I)可以為多個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述的碟片固體激光放大器，其特征在于，所述種子激光由種子激光器(10)產(chǎn)生，經(jīng)過準(zhǔn)直系統(tǒng)(12)準(zhǔn)直，且準(zhǔn)直前可經(jīng)過一預(yù)放大系統(tǒng)(11)放大。
11.根據(jù)權(quán)利要求ι- ο之一所述的碟片固體激光放大器，其特征在于，所述兩個(gè)拋物面反射鏡的中心光軸上設(shè)置有碟片晶體冷卻系統(tǒng)(8)，用于對(duì)碟片激光晶體(6，7)進(jìn)行冷卻。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11之一所述的碟片固體激光放大器，其特征在于，所述兩個(gè)拋物面反射鏡中其中之一上還設(shè)有激光出口(14)，經(jīng)多次放大后的激光從該激光出口(14)出射。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12之一所述的碟片固體激光放大器，其特征在于，所述拋物面反射鏡組有多個(gè)，各反射鏡組并列布置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碟片固體激光放大器，包括同軸共軛放置的兩拋物面反射鏡，形成拋物面反射鏡組，每個(gè)拋物面反射鏡的頂點(diǎn)處設(shè)置有一碟片激光晶體，兩碟片激光晶體的端面法線分別與其對(duì)應(yīng)的拋物面反射鏡的中軸呈一定傾角，且兩個(gè)傾角不相等，泵浦光和種子激光分別從拋物面反射鏡上的泵浦光入口和激光入口平行于光軸射入到由所述反射鏡組的兩拋物面反射鏡形成的聚光腔中，并在該聚光腔中多次反射后交替會(huì)聚于兩碟片激光晶體上，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩碟片激光晶體的多次泵浦和對(duì)激光的多次放大。本發(fā)明的碟片固體激光放大器對(duì)泵浦光束吸收效率高，可以對(duì)種子激光實(shí)現(xiàn)高效的放大，并保持較好的光束質(zhì)量，并且整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于安裝、調(diào)試。
文檔編號(hào)H01S3/0941GK102684051SQ201210125360
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者尚建立, 朱廣志, 朱曉, 許昌云 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué), 武漢梅曼科技有限公司