本發(fā)明屬于激光器械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種激光放大器。

背景技術(shù)：

采用主振蕩功率放大(mopa)系統(tǒng)—主振蕩器輸出低功率高光束質(zhì)量的激光，通過功率放大器最終獲得高功率的激光輸出，是實(shí)現(xiàn)高功率高光束質(zhì)量激光輸出的有效途徑之一。

在大口徑激光器中，例如板條或者薄片作為增益介質(zhì)的激光器中，大口徑增益介質(zhì)通常焊接在冷卻器上，增益介質(zhì)與冷卻器一同構(gòu)成增益介質(zhì)模塊。要獲得高功率激光輸出，通常僅采用一級(jí)放大是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，而每增加一片激光增益介質(zhì)，都需要增加與其對(duì)應(yīng)的一整套冷卻器設(shè)備，即一個(gè)增益模塊，因此隨著激光器功率的增加，整個(gè)mopa系統(tǒng)將會(huì)變得十分龐大。

為此，美國(guó)專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)枺簎s7366211b2)公開了一種激光放大器，包括種子光源、泵浦源和增益模塊，增益模塊包括內(nèi)設(shè)有冷卻液的冷卻盒體和多片激光增益晶體，多片激光增益晶體浸入在冷卻液中，冷卻液直接流過激光增益晶體表面實(shí)現(xiàn)對(duì)激光增益晶體的冷卻，由于僅需一個(gè)冷卻盒體就能實(shí)現(xiàn)對(duì)多片激光增益晶體的冷卻，使得激光器的體積變得緊湊、小巧。

但上述的激光放大器仍存在以下缺陷：1、由于種子光源發(fā)射的種子激光需要經(jīng)過各激光增益晶體進(jìn)行多級(jí)增益放大，因此種子激光是沿多片激光增益晶體的分布方向入射的，種子激光需要穿過冷卻液，而冷卻液在對(duì)激光增益晶體冷卻的過程中會(huì)受熱，因此會(huì)造成激光的波前畸變，從而影響光的轉(zhuǎn)換效率。2、由于冷卻液和增益介質(zhì)折射率的差異，因此種子激光在從固體的激光增益晶體中進(jìn)入到流體的冷卻液中、以及從流體的冷卻液中進(jìn)入到固體的激光增益晶體中的流固界面的傳播過程中，造成的界面損耗較大，從而影響光的轉(zhuǎn)換效率。3、種子激光垂直通過整個(gè)冷卻盒體，形成的增益路徑較短，光的轉(zhuǎn)換效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)存在上述問題，提出了一種激光放大器，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：如何提高光的轉(zhuǎn)換效率。

本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種激光放大器，包括種子光源、泵浦源和增益模塊，所述增益模塊包括盒體，所述盒體內(nèi)設(shè)有若干呈長(zhǎng)板狀且依次平行排列的激光增益晶體，所述盒體內(nèi)還設(shè)有能夠循環(huán)流動(dòng)的冷卻液，各激光增益晶體均位于所述冷卻液中,其特征在于，所述種子光源與第一個(gè)激光增益晶體的一端面相對(duì)，所述激光增益晶體的折射率大于冷卻液的折射率，所述種子光源發(fā)射出的種子激光從激光增益晶體的端面入射且能在激光增益晶體內(nèi)實(shí)現(xiàn)全反射，并沿激光增益晶體的長(zhǎng)度方向從另一個(gè)端面出射，相鄰的激光增益晶體之間還設(shè)有能夠?qū)纳弦粋€(gè)激光增益晶體中出射的激光反射到下一個(gè)激光增益晶體中實(shí)現(xiàn)全反射的成像模塊。

本激光放大器，將多個(gè)激光增益晶體浸入在冷卻液中，冷卻液流過激光增益晶體的兩個(gè)板面進(jìn)行冷卻，從而僅需一個(gè)冷卻盒體就能實(shí)現(xiàn)對(duì)多片激光增益晶體的冷卻，結(jié)構(gòu)緊湊。激光增益晶體的折射率大于冷卻液的折射率，即激光增益晶體為光密介質(zhì)，冷卻液為光疏介質(zhì)，種子光源發(fā)射出的種子激光從激光增益晶體的端面入射且能在激光增益晶體內(nèi)實(shí)現(xiàn)全反射，沿激光增益晶體的長(zhǎng)度方向從另一個(gè)端面出射，并通過成像模塊的作用反射到下一個(gè)激光增益晶體中，依次重復(fù)全反射。即種子激光不會(huì)通過冷卻液，激光不會(huì)受到冷卻液流場(chǎng)的影響產(chǎn)生波前畸變。同時(shí)激光的傳播全部在激光增益晶體中進(jìn)行，也不用再經(jīng)過流固界面的傳播，不會(huì)在傳播過程中產(chǎn)生界面耗損，提高了光轉(zhuǎn)換的效率。而且激光沿著激光增益晶體的長(zhǎng)度方向傳播并在激光增益晶體中走全反射折線路徑，增益的路徑更長(zhǎng)，進(jìn)一步提高了光轉(zhuǎn)換的效率。

在上述的激光放大器中，所述激光增益晶體的兩端伸出盒體外且與盒體之間為密封連接，所述種子光源位于盒體的一側(cè)且與第一個(gè)激光增益晶體的一端面相對(duì)，所述成像模塊設(shè)置在盒體外且位于對(duì)應(yīng)相鄰兩激光增益晶體之間，所述種子光源發(fā)射出的種子激光的入射方向與所述激光增益晶體的長(zhǎng)度方向一致，所述激光增益晶體的兩端面為斜面且兩端面的傾斜方向相反傾斜角度相同。激光增益晶體的兩端伸出盒體外，種子光源位于盒體的一側(cè)與第一個(gè)激光增益晶體的一端面相對(duì)，同時(shí)成像模塊也設(shè)置在盒體外，從而使得種子光源發(fā)射出的種子激光能夠直接進(jìn)入激光增益晶體中并在各激光增益晶體之間傳播，激光不會(huì)經(jīng)過盒體，避免了激光在傳播過程中的界面損耗，進(jìn)一步提高了光轉(zhuǎn)換的效率。同時(shí)兩端面的傾斜方向相反且傾斜角度相同，從而能夠保證從激光增益晶體一端面入射的激光經(jīng)全反射走折線路徑反射到另一端面經(jīng)該端面折射后能夠沿平行長(zhǎng)度方向出射，并經(jīng)成像模塊反射后沿平行于長(zhǎng)度方向入射到下一個(gè)激光增益晶體中。同時(shí)將激光增益晶體的兩端面設(shè)計(jì)成斜面，因此種子光源發(fā)射出的激光相對(duì)激光增益晶體的長(zhǎng)度方向平行入射即可，結(jié)構(gòu)更為緊湊。

在上述的激光放大器中，所述激光增益晶體端面的傾斜角度θ滿足以下公式：0°＜θ0＜θ＜90°，其中，n0為空氣折射率，nl為冷卻液折射率，ns為激光增益晶體的折射率。種子光源發(fā)射出的種子激光的入射方向與激光增益晶體的長(zhǎng)度方向一致，而激光增益晶體端面為斜面，斜面的傾斜角即種子激光與端面的夾角，種子光源入射到激光增益晶體后發(fā)生折射，然后再發(fā)生全反射，將激光增益晶體端面的傾斜角度θ滿足上述情況，能夠保證種子光源入射到激光增益晶體發(fā)生折射后并入射到激光增益晶體與冷卻液的界面的入射角大于激光增益晶體與冷卻液的臨界角，即能夠保證激光能夠在激光增益晶體中實(shí)現(xiàn)全反射走折線路徑，種子激光不會(huì)通過冷卻液，不會(huì)受到冷卻液流場(chǎng)的影響產(chǎn)生波前畸變。同時(shí)激光也不用再經(jīng)過流固界面的傳播，不會(huì)在傳播過程中產(chǎn)生耗損，增益的路徑更長(zhǎng)，提高了光轉(zhuǎn)換的效率。同時(shí)，通過精確控制激光增益晶體端面的傾斜角度，不用再去調(diào)試種子激光的擺放位置和入射角度、以及成像模塊的擺放位置和反射角度，更為簡(jiǎn)便，同時(shí)能夠保證結(jié)構(gòu)更為緊湊。

在上述的激光放大器中，所述激光增益晶體位于盒體內(nèi)的部分采用nd：yag晶體材料制成，所述激光增益晶體伸出盒體外的兩端部分采用未摻雜的yag晶體材料制成，所述激光增益晶體為一體式結(jié)構(gòu)。激光增益晶體位于盒體內(nèi)的部分采用nd：yag晶體材料制成，能夠吸收泵浦光，主要用于激光的放大，將激光增益晶體伸出盒體外的兩端采用未摻雜的yag晶體材料制成，不會(huì)吸收泵浦光產(chǎn)生熱量，可以在一定程度上緩解激光增益晶體的端面形變，防止激光發(fā)生波前畸變，進(jìn)一步提高了光的轉(zhuǎn)換效率。

在上述的激光放大器中，所述成像模塊包括兩塊反射鏡，兩塊反射鏡分別與對(duì)應(yīng)的激光增益晶體的伸出端相對(duì)，兩塊反射鏡之間呈相互垂直設(shè)置，兩塊反射鏡能夠?qū)纳弦粋€(gè)激光增益晶體中射出的種子激光反射到下一個(gè)激光增益晶體中且使得種子激光的入射方向始終保持與激光增益晶體的長(zhǎng)度方向一致。兩塊反射鏡相互垂直設(shè)置且分別與對(duì)應(yīng)的激光增益晶體的伸出端相對(duì)，從而能夠?qū)⑺匠錾涞募す庖运饺肷涞姆绞椒瓷涞较乱粋€(gè)激光增益晶體中，實(shí)現(xiàn)全反射，保證激光不會(huì)受到冷卻液流場(chǎng)的影響產(chǎn)生波前畸變，降低了激光在傳播過程中產(chǎn)生耗損，同時(shí)增益的路徑更長(zhǎng)，提高了光轉(zhuǎn)換的效率。

在上述的激光放大器中，所述成像模塊還包括兩個(gè)凸透鏡，兩個(gè)凸透鏡平行并排設(shè)置且分別與對(duì)應(yīng)的激光增益晶體相對(duì)，所述凸透鏡位于對(duì)應(yīng)的激光增益晶體與反射鏡之間。由于光在經(jīng)過激光增益晶體的折射和全反射過程后，光斑大小會(huì)產(chǎn)生變化，經(jīng)反射鏡反射后不能全部進(jìn)入激光增益晶體內(nèi)，通過在激光增益晶體和反射鏡之間設(shè)置凸透鏡，經(jīng)過兩個(gè)凸透鏡的作用，能夠?qū)纳弦粋€(gè)激光增益晶體出射的激光以相同大小的光斑重新匯聚反射到下一個(gè)激光增益晶體內(nèi)，提高了光轉(zhuǎn)換的效率。

在上述的激光放大器中，種子激光從激光增益晶體端面穿出后傳播到對(duì)應(yīng)凸透鏡中的光學(xué)傳播路徑等于一倍的焦距值，種子激光從上一個(gè)凸透鏡中傳播到下一個(gè)凸透鏡的光學(xué)傳播路徑等于兩倍的焦距值，種子激光再從下一個(gè)凸透鏡傳播到下一個(gè)激光增益晶體的端面中的光學(xué)傳播路徑等于一倍的焦距值。通過上述傳播路徑與焦距值之間的比例設(shè)置，從而使得從上一個(gè)激光增益晶體中出射的種子激光能夠在下一個(gè)激光增益晶體的端面處重新匯聚形成1:1成像，進(jìn)一步減低了激光在傳播過程中的耗損，提高了光轉(zhuǎn)換的效率。

在上述的激光放大器中，所述盒體呈長(zhǎng)方體狀，所述泵浦源發(fā)射出的泵浦激光的入射方向與激光增益晶體的厚度方向一致，所述盒體的側(cè)壁上還設(shè)有用于冷卻液流入的進(jìn)液口和用于冷卻液流出的出液口，所述冷卻液在盒體內(nèi)的流動(dòng)方向與激光增益晶體的寬度方向一致，所述進(jìn)液口與出液口之間通過循環(huán)管道連通。上述的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得種子光源位于盒體長(zhǎng)度方向的一側(cè)，各成像模塊位于盒體長(zhǎng)度方向的兩側(cè)，泵浦光源位于盒體高度方向的兩側(cè)，進(jìn)液口和出液口位于盒體寬度方向的兩側(cè)，合理布置空間，結(jié)構(gòu)更為緊湊。而且冷卻液的流動(dòng)方向與激光增益晶體的寬度方向一致，冷卻液能夠流過激光增益晶體的兩個(gè)大的側(cè)面進(jìn)行冷卻，冷卻的效果更好。

在上述的激光放大器中，所述激光增益晶體在寬度方向的兩側(cè)通過固定件固定在盒體的兩側(cè)壁上，所述固定件采用不銹鋼材料制成。激光增益晶體的兩側(cè)通過固定件固定在盒體的兩側(cè)壁上，使得各激光增益晶體之間形成多個(gè)流道，而冷卻液的流道方向也是順著流道流動(dòng)的，冷卻的效果更佳。固定件可以為固定塊和螺栓，也可以為固定座。

在上述的激光放大器中，所述冷卻液為去離子水或重水或四氯化碳液體。上述液體的折射率均比nd：yag晶體的折射率低，從而使得激光能夠在激光增益晶體內(nèi)產(chǎn)生全反射。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本激光放大器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、種子激光不會(huì)通過冷卻液，激光不會(huì)受到冷卻液流場(chǎng)的影響產(chǎn)生波前畸變。

2、同時(shí)激光的傳播全部在激光增益晶體中進(jìn)行，也不用再經(jīng)過流固界面的傳播，不會(huì)在傳播過程中產(chǎn)生界面耗損。

3、激光沿著激光增益晶體的長(zhǎng)度方向傳播并在激光增益晶體中走全反射折線路徑，增益的路徑更長(zhǎng)，進(jìn)一步提高了光轉(zhuǎn)換的效率。

4、激光增益晶體伸出盒體外的兩端采用未摻雜的yag晶體材料制成，可以在一定程度上緩解激光增益晶體的端面形變，防止激光發(fā)生波前畸變，進(jìn)一步提高了光的轉(zhuǎn)換效率。

5、通過精確控制激光增益晶體端面的傾斜角度，不用再去調(diào)試種子光源的擺放位置和入射角度、以及成像模塊的擺放位置和反射角度，更為簡(jiǎn)便，同時(shí)能夠保證結(jié)構(gòu)更為緊湊。

6、兩個(gè)凸透鏡呈等于兩倍焦距值的間距設(shè)置，使得從上一個(gè)激光增益晶體中出射的激光能夠在下一個(gè)激光增益晶體的端面處重新聚集形成1:1成像。

附圖說明

圖1是本激光放大器的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本激光放大器另一個(gè)方向的結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本增益模塊的局部結(jié)構(gòu)圖。

圖中，1、種子光源；2、泵浦源；3、增益模塊；3a、盒體；3a1、進(jìn)液口；3a2、出液口；3b、激光增益晶體；4、冷卻液；5、成像模塊；5a、反射鏡；5b、凸透鏡；6、循環(huán)管道；7、固定件。

具體實(shí)施方式

以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。

如圖1和2所示，本激光放大器，包括種子光源1、泵浦源2和增益模塊3。

增益模塊3包括盒體3a，盒體3a呈長(zhǎng)方體狀，盒體3a內(nèi)設(shè)有若干呈長(zhǎng)板狀且依次平行排列的激光增益晶體3b，激光增益晶體3b在寬度方向的兩側(cè)通過固定件7固定在盒體3a的兩側(cè)壁上，固定件7采用不銹鋼材料制成。盒體3a內(nèi)還設(shè)有能夠循環(huán)流動(dòng)的冷卻液4，冷卻液4為去離子水或重水或四氯化碳液體，各激光增益晶體3b均位于冷卻液4中。泵浦源2發(fā)射出的泵浦激光的入射方向與激光增益晶體3b的厚度方向一致，盒體3a的側(cè)壁上還設(shè)有用于冷卻液4流入的進(jìn)液口3a1和用于冷卻液4流出的出液口3a2，冷卻液4在盒體3a內(nèi)的流動(dòng)方向與激光增益晶體3b的寬度方向一致，進(jìn)液口3a1與出液口3a2之間通過循環(huán)管道6連通。種子光源1位于盒體3a的一側(cè)且與第一個(gè)激光增益晶體3b的一端面相對(duì)，種子光源1發(fā)射出的種子激光的入射方向與所述激光增益晶體3b的長(zhǎng)度方向一致，各部件空間布置合理，結(jié)構(gòu)更為緊湊。

種子光源1與第一個(gè)激光增益晶體3b的一端面相對(duì)，激光增益晶體3b的折射率大于冷卻液4的折射率，種子光源1發(fā)射出的種子激光從激光增益晶體3b的端面入射且能在激光增益晶體3b內(nèi)實(shí)現(xiàn)全反射，沿激光增益晶體3b的長(zhǎng)度方向從另一個(gè)端面射出，相鄰的激光增益晶體3b之間還設(shè)有能夠?qū)纳弦粋€(gè)激光增益晶體3b中出射的激光反射到下一個(gè)激光增益晶體3b中實(shí)現(xiàn)全反射的成像模塊5，成像模塊5設(shè)置在盒體3a外且位于對(duì)應(yīng)相鄰兩激光增益晶體之間。

具體地說，如圖1和3所示，激光增益晶體3b的兩端伸出盒體3a外且與盒體3a之間為密封連接，激光增益晶體3b的兩端面為斜面且兩端面的傾斜方向相反傾斜角度相同。激光增益晶體3b端面的傾斜角度θ滿足以下公式：0°＜θ0＜θ＜90°，其中，n0為空氣折射率，nl為冷卻液4折射率，ns為激光增益晶體3b的折射率。激光增益晶體3b端面的傾斜角度θ滿足上述情況，不用再去調(diào)試種子激光的擺放位置和入射角度、以及成像模塊5的擺放位置和反射角度能夠保證種子光源1入射到激光增益晶體3b發(fā)生折射后并入射到激光增益晶體3b與冷卻液4的界面的入射角大于激光增益晶體3b與冷卻液4的臨界角，即能夠保證激光能夠在激光增益晶體3b中實(shí)現(xiàn)全反射走折線路徑，種子激光不會(huì)通過冷卻液4，不會(huì)受到冷卻液4流場(chǎng)的影響產(chǎn)生波前畸變。同時(shí)種子激光也不用再經(jīng)過流固界面的傳播，不會(huì)在傳播過程中產(chǎn)生耗損，增益的路徑更長(zhǎng)，提高了光轉(zhuǎn)換的效率，結(jié)構(gòu)也更為緊湊。

激光增益晶體3b位于盒體3a內(nèi)的部分采用nd：yag晶體材料制成，激光增益晶體3b伸出盒體3a外的兩端部分采用未摻雜的yag晶體材料制成，可以在一定程度上緩解激光增益晶體3b的端面形變，防止激光發(fā)生波前畸變，進(jìn)一步提高了光的轉(zhuǎn)換效率。激光增益晶體3b為一體式結(jié)構(gòu)。

成像模塊5包括兩塊反射鏡5a和兩個(gè)凸透鏡5b。兩塊反射鏡5a分別與對(duì)應(yīng)的激光增益晶體3b的伸出端相對(duì)，兩塊反射鏡5a之間呈相互垂直設(shè)置，兩塊反射鏡5a能夠?qū)纳弦粋€(gè)激光增益晶體3b中出射的種子激光反射到下一個(gè)激光增益晶體3b中且使得種子激光的入射方向始終保持與激光增益晶體3b的長(zhǎng)度方向一致。兩個(gè)凸透鏡5b平行并排設(shè)置且分別位于對(duì)應(yīng)的激光增益晶體3b與反射鏡5a之間，種子激光從激光增益晶體3b端面穿出后傳播到對(duì)應(yīng)凸透鏡5b中的光學(xué)傳播路徑等于一倍的焦距值，種子激光從上一個(gè)凸透鏡5b中傳播到下一個(gè)凸透鏡5b的光學(xué)傳播路徑等于兩倍的焦距值，種子激光再從下一個(gè)凸透鏡傳播到下一個(gè)激光增益晶體3b的端面中的光學(xué)傳播路徑等于一倍的焦距值。經(jīng)過兩個(gè)反射鏡5a和凸透鏡5b的作用，從而使得從上一個(gè)激光增益晶體3b中出射的激光能夠在下一個(gè)激光增益晶體3b的端面處重新匯聚形成1:1成像，進(jìn)一步減低了激光在傳播過程中的耗損，提高了光轉(zhuǎn)換的效率。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。