一种同轴多反加离轴光路建立的多通固体激光放大器的制作方法

本发明涉及固体激光器及其放大系统，具体涉及一种同轴多反加离轴光路建立的多通固体激光放大器。

背景技术：

1、激光放大器用于提升种子光的能量。目前主流的固体激光放大器结构主要有两种：1、单程/双程放大：采用直线型或v型光路，光束仅通过增益介质1次或2次。2、传统多通放大：为了增加光程，通常依赖复杂的平面镜阵列或折叠腔结构来实现多次通过。

2、在实际应用中，采用上述两类主流的固体激光放大器结构均存在以下明显缺陷：1、能量提取效率低：单程或双程放大结构中，光束与增益介质作用距离短，无法充分提取泵浦能量，导致光-光转换效率不高。2、结构复杂且不稳：传统的多通放大器往往光路复杂，调节维度多，对机械稳定性要求极高，装调困难，且容易受环境振动影响。3、热效应影响：在高功率泵浦下，光束重叠度控制不好会导致热畸变，严重影响输出光束质量。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有固体激光放大器在单端泵浦条件下能量利用率低、以及传统多通结构装调复杂的问题。通过创新的光路设计，在结构紧凑的前提下实现3-6次的高效多通放大，而提出一种同轴多反加离轴光路建立的多通固体激光放大器。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种同轴多反加离轴光路建立的多通固体激光放大器，包括机壳、激光增益模块、泵浦光输入模块、冷却组件，所述激光增益模块、泵浦光输入模块和冷却组件均安装在机壳的内部，泵浦光输入模块用于向激光增益模块提供单端泵浦光束，冷却组件用于维持激光增益模块内部的增益介质晶体的温度稳定，机壳的内部还安装有同轴光路模块、离轴反射单元和主控板，机壳的一端开设有用于将多次增益后的激光束向外导出的输出窗口；

4、其中，同轴光路模块包含沿光轴同轴设置的第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜和第二反射镜构成基础谐振或折叠单元，形成多反光路；离轴反射单元设置于激光增益模块外侧光路路径，用于引导部分出射光重新折返至增益介质内部，泵浦光输入模块产生的泵浦光束通过同轴光路模块和离轴反射单元的共同作用下，使泵浦光束在增益介质晶体中至少三次有效通过，以完成信号光的高效放大。

5、可选的，所述激光增益模块用于放大输入的泵浦光束信号，激光增益模块的增益介质采用nd:yvo4、nd:yag或yb:yag晶体，晶体置于光路中心，晶体长度为10mm-60mm，晶体的两端面均镀增透膜或高反膜，晶体的掺杂浓度范围为0.5-1.5at%。

6、可选的，所述第一反射镜为高反镜，反射率≥99.8%，第二反射镜为部分透射镜，反射率为5%-15%，第一反射镜与第二反射镜之间的安装夹角为25-30度。

7、可选的，所述离轴反射单元包含至少两个离轴反射镜，两个离轴反射镜的入射角设置为3-7度，用于完成泵浦光束偏折和双程重合。

8、可选的，所述泵浦光输入模块包括泵浦源、光纤耦合器、准直透镜与入射窗口，泵浦源、光纤耦合器和准直透镜均安装在机壳的内部，泵浦功率范围为10w-100w。

9、可选的，所述冷却组件包括铜基水冷座、导热界面材料及冷却通道，冷却液在冷却通道内部的流速为0.5-2.0l/min，用于将增益介质晶体控制在24℃-26℃。

10、可选的，所述泵浦源产生的泵浦光束经过第一反射镜、第二反射镜和两个离轴反射镜的反射，可形成四通至六通传播路径，各通次之间的光程差控制在±0.5mm以内。

11、可选的，所述泵浦光束在多次通过增益介质晶体后的光束重合率不低于85%，相位偏差低于λ/20，其中λ为激光波长。

12、可选的，所述主控板分别与泵浦光输入模块、冷却组件电连接，主控板的内部配置有主控系统，可同时调节泵浦功率及晶体温度，完成对输出功率与光束稳定性的闭环控制。

13、本发明的有益效果是：

14、放大效率极高：通过同轴与离轴的组合，实现了3-6次有效通过，泵浦能量利用率提升30%-40%，总体放大效率可达65%以上。

15、2、光束质量优异：多通光路在晶体内部高度重合，重合率>85%，有效平滑了增益分布，光斑圆度提高20%，波前畸变低。

16、3、结构紧凑稳定：相比传统的大型多通阵列，本结构利用同轴与小角度离轴设计，光路折叠紧凑，抗干扰能力强。

17、4、调节精度高：配合闭环控制系统，可实现对光程和相位的动态锁定。

1.一种同轴多反加离轴光路建立的多通固体激光放大器，包括机壳（10）、激光增益模块（1）、泵浦光输入模块、冷却组件（7），其特征在于，所述激光增益模块（1）、泵浦光输入模块和冷却组件（7）均安装在机壳（10）的内部，泵浦光输入模块用于向激光增益模块（1）提供单端泵浦光束，冷却组件（7）用于维持激光增益模块（1）内部的增益介质晶体的温度稳定，机壳（10）的内部还安装有同轴光路模块、离轴反射单元和主控板（8），机壳（10）的一端开设有用于将多次增益后的激光束向外导出的输出窗口（9）；

2.根据权利要求1所述的一种同轴多反加离轴光路建立的多通固体激光放大器，其特征在于，所述激光增益模块（1）用于放大输入的泵浦光束信号，激光增益模块（1）的增益介质采用nd:yvo4、nd:yag或yb:yag晶体，晶体置于光路中心，晶体长度为10mm-60mm，晶体的两端面均镀增透膜或高反膜，晶体的掺杂浓度范围为0.5-1.5at%。

3.根据权利要求1所述的一种同轴多反加离轴光路建立的多通固体激光放大器，其特征在于，所述第一反射镜（4）为高反镜，反射率≥99.8%，第二反射镜（5）为部分透射镜，反射率为5%-15%，第一反射镜（4）与第二反射镜（5）之间的安装夹角为25-30度。

4.根据权利要求1所述的一种同轴多反加离轴光路建立的多通固体激光放大器，其特征在于，所述离轴反射单元包含至少两个离轴反射镜（6），两个离轴反射镜（6）的入射角设置为3-7度，用于完成泵浦光束偏折和双程重合。

5.根据权利要求1所述的一种同轴多反加离轴光路建立的多通固体激光放大器，其特征在于，所述泵浦光输入模块包括泵浦源、光纤耦合器、准直透镜（3）与入射窗口，泵浦源、光纤耦合器和准直透镜（3）均安装在机壳（10）的内部，泵浦功率范围为10w-100w。

6.根据权利要求1所述的一种同轴多反加离轴光路建立的多通固体激光放大器，其特征在于，所述冷却组件（7）包括铜基水冷座、导热界面材料及冷却通道，冷却液在冷却通道内部的流速为0.5-2.0l/min，用于将增益介质晶体控制在24℃-26℃。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种同轴多反加离轴光路建立的多通固体激光放大器，其特征在于，所述泵浦源产生的泵浦光束经过第一反射镜（4）、第二反射镜（5）和两个离轴反射镜（6）的反射，可形成四通至六通传播路径，各通次之间的光程差控制在±0.5mm以内。

8.根据权利要求7所述的一种同轴多反加离轴光路建立的多通固体激光放大器，其特征在于，所述泵浦光束在多次通过增益介质晶体后的光束重合率不低于85%，相位偏差低于λ/20，其中λ为激光波长。

9.根据权利要求1所述的一种同轴多反加离轴光路建立的多通固体激光放大器，其特征在于，所述主控板（8）分别与泵浦光输入模块和冷却组件（7）电连接，主控板（8）的内部配置有主控系统，可同时调节泵浦功率及晶体温度，完成对输出功率与光束稳定性的闭环控制。