一种高效率双端泵浦组件多通板条激光放大器

技术领域

本发明涉及一种激光放大器，尤其涉及一种高效率双端泵浦组件多通板条激光放大器。

背景技术

目前对于远距离、小目标的探测成为研究的热点，而作为各类光电设备中配套的激光测照器或激光测距机，大能量激光器是其核心器件之一，而大能量激光器通常需要经过多级放大实现，因此激光器中放大器的设计成为当前军工激光器产品的重要研究方向。

大能量脉冲激光器通常是利用种子源经过放大实现，种子源采用高光束质量、低能量的调Q脉冲激光器，放大级常用预放大和主放大方式，即传统意义上的主振荡+放大结构(MOPA)，放大级是利用激光二极管侧泵增益介质，进行单程或多程放大，该方法的主要优势是理论上可以实现激光能量的逐级放大，且维持一定的光束质量。

目前用在激光测距波段(如1064nm)的大能量激光器，从增益介质上分析，增益介质通常仍采用晶体棒，或是单独的晶体棒，或是加上石英旋转片进行串接的晶体棒。从泵浦方式上，常用的有端面和侧面泵浦两种方式。不论哪种方式，由于晶体尺寸受限，晶体的热致双折射效应仍然是制约放大器性能指标的主要因素，主要表现在两方面：一是种子源激光在经过放大器后，光束质量下降严重，光斑高阶模产生；二是光光效率较低，通常10％或者以下。

在上述采用常规端泵或侧泵方式下，加上晶体棒自身的物理特性，激光器的光束质量和光光转化效率成为了大能量激光器研制的主要瓶颈。为了获取高能量的激光输出，就需要进行多级放大设计，且选用高性能的晶体棒材料，并且牺牲效率增加泵浦功率，才能获取高光束质量的大能量激光输出，这造成整机系统复杂性提高，不仅加大了激光器的设计难度，也增加了激光器的调试难度，从成本上，研制成本和后续使用维护成本都成为了大能量激光器研制的制约因素。

发明内容

本发明目的是提供一种高效率双端泵浦组件多通板条激光放大器，通过使用该结构，有效提高光效率，维持更好的激光光束质量，同时能够减小激光器尺寸，利于激光器的集成。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高效率双端泵浦组件多通板条激光放大器，包括种子源、Nd:YAG板条、平面反射镜、两组泵浦组件及两组光学反射组件，所述Nd:YAG板条设置于两组所述光学反射组件之间，两组所述泵浦组件分别设置于两组所述光学反射组件的后端，所述种子源设置于一组光学反射组件的上方，所述平面反射镜设置于另外一组光学反射组件的上方；

所述种子源提供的种子光射在下方的一组光学反射组件上，该组光学反射组件将种子光射在另外一组光学反射组件上，种子光在两组所述光学反射组件上面来回多次反射，最后反射至所述平面反射镜上面，由所述平面反射镜将种子光反射出；种子光在两组所述光学反射组件上面来回反射时，所述种子光每次均经过所述Nd:YAG板条，所述Nd:YAG板条对所述种子光进行多次放大输出；

每组所述泵浦组件提供的泵浦光经对应所述光学反射组件进入所述Nd:YAG板条。

上述技术方案中，所述光学反射组件包括左侧光学反射组件及右侧光学反射组件，所述Nd:YAG板条设置于所述左侧光学反射组件及右侧光学反射组件之间，所述种子源设置于所述左侧光学反射组件的上方，所述平面反射镜设置于所述右侧光学反射组件的上方，所述种子源提供的种子光射在所述左侧光学反射组件上，所述种子光在所述左侧光学反射组件及所述右侧光学反射组件上来回多次反射，最后经所述右侧光学反射组件反射至所述平面反射镜上面，由所述平面反射镜将所述种子光射出。

上述技术方案中，所述左侧光学反射组件包括左侧二向色镜及凹面柱透镜，所述右侧光学反射组件包括右侧二向色镜及凸面柱透镜，所述左侧二向色镜与所述右侧二向色镜对称设置于所述Nd:YAG板条的两侧，所述凹面柱透镜及所述种子源设置于所述左侧二向色镜的上方，所述凸面柱透镜及所述平面反射镜设置于所述右侧二向色镜的上方，且所述平面反射镜设置于所述凸面柱透镜的右侧，所述种子源提供的种子光从所述凹面柱的右侧上方射在所述左侧二向色镜的反射面上，所述种子光从所述右侧二向色镜的反射面上反射于所述平面反射镜上输出。

上述技术方案中，所述种子源提供的种子光所述路径为：所述种子光射在所述左侧光学反射组件上，经所述左侧光学反射组件反射到所述右侧光学反射组件上，所述右侧光学组件再将所述种子光反射回所述左侧光学反射组件上，所述种子光在所述左侧光学反射组件与所述右侧光学反射组件上来回多次反射，最后经所述右侧光学反射组件反射至所述平面反射镜上，经所述平面反射镜输出，所述种子光在所述左侧光学反射组件与所述右侧光学反射组件多次反射时，所述种子光每次均经过所述Nd:YAG板条。

上述技术方案中，所述种子光经所述左侧光学反射组件与所述右侧光学反射组件相互反射；

所述种子光经所述右侧光学反射组件反射至所述左侧光学反射组件上时，所述种子光在所述左侧光学反射组件上的路径为：所述种子光经所述右侧光学反射组件反射至所述左侧二向色镜反面上的一个反射点上，所述左侧二向色镜将所述种子光反射至所述凹面柱透镜上，所述凹面柱透镜将所述种子光反射回所述左侧二向色镜反射面的另一个反射点上，经所述左侧二向色镜将所述种子光反射回所述右侧光学反射组件的右侧二向色镜反射面的另一个反射点上；

所述种子光在所述右侧光学反射组件上的路径为：所述种子光经所述左侧光学反射组件反射至所述右侧二向色镜反射面的一个反射点上，所述右侧二向色镜将所述种子光反射至所述凸面柱透镜上，所述凸面柱透镜将所述种子光反射回所述右侧二向色镜反射面的另一个反射点上，经所述右侧二向色镜将所述种子光反射回所述左侧光学反射组件的左侧二向色镜反射面的另一个反射点上，所述种子光最终经所述右侧光学反射组件将所述种子光反射至所述平面反射镜上输出；所述种子光在所述左侧二向色镜与所述右侧二向色镜之间相互反射的路径上时，每次都会经过所述Nd:YAG板条。

上述技术方案中，所述种子光在所述右侧光学反射组件上面多次反射，所述种子光在所述右侧二向色镜上面的反射点会由下至上逐个偏移，所述种子光在所述凸面柱透镜上面的反射点会由左向右逐个偏移，所述右侧二向色镜反射面最上方的反射点会将所述种子光反射于所述平面反射镜上，经所述平面反射镜输出；

所述种子光在所述左侧光学反射组件上面多次反射，所述种子光在所述左侧二向色镜上面的反射点会由下至上逐个偏移，所述种子光在所述凹面柱透镜上面的反射点会由右向左逐个偏移，所述左侧二向色镜反射面最上方的反射点会将所述种子光反射至所述右侧二向色镜反射面最上方的反射点上，并经所述右侧二向色镜将所述种子光反射于所述平面反射镜上，经所述平面反射镜输出。

上述技术方案中，所述左侧二向色镜与水平面之间呈135度的夹角，所述右侧二向色镜与水平面之间呈45度的夹角，所述种子源提供的种子光垂直于水平面射出在所述左侧二向色镜上。

上述技术方案中，所述左侧二向色镜、右侧二向色镜、凹面柱透镜、凸面柱透镜及平面反射镜上均镀有1064nm高反膜，且所述左侧二向色镜及所述右侧二向色镜上还镀有808nm减反膜。

上述技术方案中，所述泵浦组件包括LD靶条阵列及聚焦耦合镜组，所述LD靶条阵列提供808nm泵浦光，并经所述聚焦耦合镜组聚焦于所述Nd:YAG板条内。

上述技术方案中，所述Nd:YAG板条对所述种子光进行放大，并经泵浦组件射入所述Nd:YAG板条的泵浦光将所述种子光进行增益。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明中本发明中采用Nd:YAG板条作为种子光的放大器，并且利用两组泵浦组件对种子光进行增益，既能够保证种子光光束的质量，又能够提高放大器的光转换效率，同时结构更加紧凑，利于激光器整机的集成；

2.本发明中在两端设置泵浦组件，提高泵浦光的均匀性，利于Nd:YAG板条对泵浦光的充分吸收，提高激光储能；

3.本发明中2组光学反射组件的设置，能够实现种子光多次经过Nd:YAG板条，能够实现对种子光的多通放大，并且能够充分吸收泵浦光，有效的提高光效率；

4.本发明中采用Nd:YAG板条，散热面积大，能够有效维持好激光光束的质量，提高光的光转化效率。

附图说明

图1是本发明实施例一中的结构示意图。

其中：1、种子源；2、Nd:YAG板条；3、平面反射镜；4、泵浦组件；5、左侧二向色镜；6、凹面柱透镜；7、右侧二向色镜；8、凸面柱透镜；9、LD靶条阵列；10、聚焦耦合镜组。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见图1所示，一种高效率双端泵浦组件多通板条激光放大器，包括种子源1、Nd:YAG板条2、平面反射镜3、两组泵浦组件4及两组光学反射组件，所述Nd:YAG板条设置于两组所述光学反射组件之间，两组所述泵浦组件分别设置于两组所述光学反射组件的后端，所述种子源设置于一组光学反射组件的上方，所述平面反射镜设置于另外一组光学反射组件的上方；

所述种子源提供的种子光射在下方的一组光学反射组件上，该组光学反射组件将种子光射在另外一组光学反射组件上，种子光在两组所述光学反射组件上面来回多次反射，最后反射至所述平面反射镜上面，由所述平面反射镜将种子光反射出；种子光在两组所述光学反射组件上面来回反射时，所述种子光每次均经过所述Nd:YAG板条，所述Nd:YAG板条对所述种子光进行多次放大输出；

每组所述泵浦组件提供的泵浦光经对应所述光学反射组件进入所述Nd:YAG板条。

在本实施例中，所述Nd:YAG板条对所述种子光进行放大，并经泵浦组件射入所述Nd:YAG板条的泵浦光将所述种子光进行增益。

同时，在本实施例中，采用两组泵浦组件射出泵浦光，会经过对应的光学反射组件之后，再进入到Nd:YAG板条内部，其中，种子光射出之后，会通过两组光学反射组件进行多次反射，也就是种子光会多次经过Nd:YAG板条，这样能够利用Nd:YAG板条对种子光进行多次放大输出，同时，Nd:YAG板条具有良好的散热特性，能够维持好光束质量，提高光效率，而且，两组泵浦组件打出的泵浦光射入到Nd:YAG板条内部，这样在种子光多次经过Nd:YAG板条的时候，多次经过的种子光能够充分的吸收两端的泵浦光，泵浦光能够对种子光进行多次增益，提高光的光转化效率，而且，两端都采用泵浦组件，提高泵浦光的均匀性，利用种子光对泵浦光的充分吸收，提高激光储能，保证光效率，也能够保证光束的质量稳定。

参见图1所示，所述光学反射组件包括左侧光学反射组件及右侧光学反射组件，所述Nd:YAG板条设置于所述左侧光学反射组件及右侧光学反射组件之间，所述种子源设置于所述左侧光学反射组件的上方，所述平面反射镜设置于所述右侧光学反射组件的上方，所述种子源提供的种子光射在所述左侧光学反射组件上，所述种子光在所述左侧光学反射组件及所述右侧光学反射组件上来回多次反射，最后经所述右侧光学反射组件反射至所述平面反射镜上面，由所述平面反射镜将所述种子光射出。

其中，在本实施例中，种子源提供的种子光射在左侧光学反射组件上，然后经过左侧光学反射组件反射到右侧光学反射组件上，右侧光学反射组件再将种子光反射回左侧光学反射组件上，多次反射之后，最后经过右侧光学反射组件反射到平面反射镜上，经过平面反射镜将种子光输出，在这个过程中，种子光每次都要经过Nd:YAG板条，经过Nd:YAG板条进行放大，同时充分的吸收泵浦光，保证种子光的能量，保证种子光输出的光功率。其中，在本实施例中，最优选方案是反射7次，也就是种子光需要在7次经过Nd:YAG板条，这样能够使得种子光充分的吸收泵浦光，充分的将种子光进行增益，从而提高激光储能，保证输出的光功率。

参见图1所示，所述左侧光学反射组件包括左侧二向色镜5及凹面柱透镜6，所述右侧光学反射组件包括右侧二向色镜7及凸面柱透镜8，所述左侧二向色镜与所述右侧二向色镜对称设置于所述Nd:YAG板条的两侧，所述凹面柱透镜及所述种子源设置于所述左侧二向色镜的上方，所述凸面柱透镜及所述平面反射镜设置于所述右侧二向色镜的上方，且所述平面反射镜设置于所述凸面柱透镜的右侧，所述种子源提供的种子光从所述凹面柱的右侧上方射在所述左侧二向色镜的反射面上，所述种子光从所述右侧二向色镜的反射面上反射于所述平面反射镜上输出。

其中，凸面柱透镜及凹面柱透镜的设置，能够使得对应二向色镜反射的种子光被对应的凸面柱透镜或凹面柱透镜重新改变光路的路径反射回对应的二向色镜上上面，这样改变光路之后，又能够经过Nd:YAG板条的另一个通道，也就是多条种子光经过Nd:YAG板条的光路，这样每一条经过Nd:YAG板条的种子光的光路都能够充分的进行放大及吸收泵浦光充能，保证光束质量，也保证光输出效率。

参见图1所示，所述种子源提供的种子光所述路径为：所述种子光射在所述左侧光学反射组件上，经所述左侧光学反射组件反射到所述右侧光学反射组件上，所述右侧光学组件再将所述种子光反射回所述左侧光学反射组件上，所述种子光在所述左侧光学反射组件与所述右侧光学反射组件上来回多次反射，最后经所述右侧光学反射组件反射至所述平面反射镜上，经所述平面反射镜输出，所述种子光在所述左侧光学反射组件与所述右侧光学反射组件多次反射时，所述种子光每次均经过所述Nd:YAG板条。

所述种子光经所述左侧光学反射组件与所述右侧光学反射组件相互反射；

所述种子光经所述右侧光学反射组件反射至所述左侧光学反射组件上时，所述种子光在所述左侧光学反射组件上的路径为：所述种子光经所述右侧光学反射组件反射至所述左侧二向色镜反面上的一个反射点上，所述左侧二向色镜将所述种子光反射至所述凹面柱透镜上，所述凹面柱透镜将所述种子光反射回所述左侧二向色镜反射面的另一个反射点上，经所述左侧二向色镜将所述种子光反射回所述右侧光学反射组件的右侧二向色镜反射面的另一个反射点上；

所述种子光在所述右侧光学反射组件上的路径为：所述种子光经所述左侧光学反射组件反射至所述右侧二向色镜反射面的一个反射点上，所述右侧二向色镜将所述种子光反射至所述凸面柱透镜上，所述凸面柱透镜将所述种子光反射回所述右侧二向色镜反射面的另一个反射点上，经所述右侧二向色镜将所述种子光反射回所述左侧光学反射组件的左侧二向色镜反射面的另一个反射点上，所述种子光最终经所述右侧光学反射组件将所述种子光反射至所述平面反射镜上输出；所述种子光在所述左侧二向色镜与所述右侧二向色镜之间相互反射的路径上时，每次都会经过所述Nd:YAG板条。

在本实施例中，对应的二向色镜将种子光反射到对应的透镜上面之后，重新反射回对应的二向色镜，这样就会改变种子光的光路的路径，这样多次改变之后，每次经过Nd:YAG板条的种子光都相互平行，互不影响，保证每一次经过Nd:YAG板条的种子光的增益，保证种子光的放大及对泵浦光的充分吸收。

参见图1所示，所述种子光在所述右侧光学反射组件上面多次反射，所述种子光在所述右侧二向色镜上面的反射点会由下至上逐个偏移，所述种子光在所述凸面柱透镜上面的反射点会由左向右逐个偏移，所述右侧二向色镜反射面最上方的反射点会将所述种子光反射于所述平面反射镜上，经所述平面反射镜输出；

所述种子光在所述左侧光学反射组件上面多次反射，所述种子光在所述左侧二向色镜上面的反射点会由下至上逐个偏移，所述种子光在所述凹面柱透镜上面的反射点会由右向左逐个偏移，所述左侧二向色镜反射面最上方的反射点会将所述种子光反射至所述右侧二向色镜反射面最上方的反射点上，并经所述右侧二向色镜将所述种子光反射于所述平面反射镜上，经所述平面反射镜输出。

参见图1所示，所述左侧二向色镜与水平面之间呈135度的夹角，所述右侧二向色镜与水平面之间呈45度的夹角，所述种子源提供的种子光垂直于水平面射出在所述左侧二向色镜上。

在本实施例中，多次改变种子光的路径，每次改变的时候，种子光在对应二向色镜上面的反射点都是由下往上移动的，这样右侧二向色镜能够将种子光向上反射出去，这个位置会处在凸面柱透镜的右侧，使得种子光能够反射在平面反射镜上面，能够被输出，保证种子光的正常输出。

其中，所述左侧二向色镜、右侧二向色镜、凹面柱透镜、凸面柱透镜及平面反射镜上均镀有1064nm高反膜，且所述左侧二向色镜及所述右侧二向色镜上还镀有808nm减反膜。

所述泵浦组件包括LD靶条阵列9及聚焦耦合镜组10，所述LD靶条阵列提供808nm泵浦光，并经所述聚焦耦合镜组聚焦于所述Nd:YAG板条内。

其中，种子光为1064nm激光，所以种子光射在光学组件上面的时候，能够被完全反射，最后被平面反射镜反射输出，而泵浦光泽采用808nm的泵浦光，能够经过808减反膜增透进入到Nd:YAG板条内，充分的对种子光进行增益。