一種基于鈮酸鋰晶體的激光放大器及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于鈮酸鋰晶體的激光放大器及其應用，屬于激光放大器的技術領域。
【背景技術】
[0002]激光放大器是指利用光的受激輻射進行光的能量(功率)放大的器件。通過采用激光放大器，可以在獲得高的激光能量或功率時而又保持激光的質量(包括脈寬、線寬、偏振特性等)。常用于可控核聚變、核爆模擬、超遠激光測距等重大技術中的高功率激光系統。常見激光放大器可以分為兩類，即脈沖的或穩態的。而常用的激光放大器具有放大器寄生振蕩以及后級向前級反饋光干擾工作等缺陷。受激激子散射是一種產生太赫茲輻射的重要技術，通過某些晶體的受激激子散射可以獲得可見，近紅外，以及太赫茲波段的連續可調諧激光。這方式可以用作太赫茲源，也可作為近紅外波段的激光放大器。
【發明內容】
[0003]針對現有技術的不足，本發明提供一種基于鈮酸鋰晶體的激光放大器。與傳統激光放大器不同，本發明基于受激電磁耦子散射的原理，克服了現有技術的單級激光放大法倍數低的缺點，通過對實驗裝置的合理設計，以獲得大能量的激光的放大，大大提高了激光的放大倍數，使得近紅外激光放大8-10倍。
[0004]本發明還提供一種上述激光放大器的工作方法。
[0005]本發明的技術方案如下:
[0006]一種基于鈮酸鋰晶體的激光放大器，包括激光栗浦光源、種子光源和鈮酸鋰非線性晶體:由激光栗浦光源產生的栗浦光和種子光源產生的種子光分別以一定的夾角經所述鈮酸鋰非線性晶體，并與所述鈮酸鋰非線性晶體的拉曼與紅外活性振動模相互作用，產生受激激子散射，產生非線性參量過程:獲得1066nm-1080nm的斯托克斯激光。本發明所述的激光放大器可以獲得8-10倍的放大后的激光輸出。
[0007]根據本發明優選的，所述鈮酸鋰非線性晶體為MgO:LiNbO3或者LiNbO 3。
[0008]根據本發明優選的，所述鈮酸鋰非線性晶體為同時具有拉曼與紅外活性的非線性晶體，所述鈮酸鋰非線性晶體的兩端面均鍍有100nm — IlOOnm波長的增透膜。本發明中的所有非線性晶體的尺寸可以根據具體要求進行選取。
[0009]根據本發明優選的，所述激光栗浦光源產生的栗浦光和種子光源產生的種子光，分別與所述經所述鈮酸鋰非線性晶體的夾角范圍是0.5-3.0°，實現對種子光的頻率連續調諧，對種子光的頻率連續調諧范圍為1066nm-1080nm。
[0010]根據本發明優選的，所述激光栗浦光源產生的栗浦光光斑尺寸和種子光源產生種子光的光斑尺寸，在鈮酸鋰非線性晶體Z軸方向的厚度允許下，選取任意大。
[0011]根據本發明優選的，所述激光栗浦光源為準連續的重復頻率為10Hz-1OOkHz的脈沖激光系統、閃光燈栗浦或者LD栗浦的低重頻的1-1OOHz的激光系統；所述激光栗浦光源的栗浦功率密度彡20MW/cm2。
[0012]根據本發明優選的，所述種子光源為脈沖式種子光束或連續的種子光束，輸出種子光的波長為1066nm-1080nmo
[0013]所述的LD栗浦包括激光二極管LD栗浦源、激光增益介質、調Q模塊、激光諧振腔，激光諧振腔由后腔鏡和輸出鏡組成；后腔鏡為高反鏡，輸出鏡可以為高反鏡也可以具有一定透過率。
[0014]所述的閃光燈栗浦包括栗浦閃光燈、閃光燈栗浦系統驅動電源、激光增益介質、調Q裝置、激光諧振腔、水冷系統，激光諧振腔由后腔鏡和輸出鏡組成；后腔鏡為高反鏡，輸出鏡可以為高反鏡也可以具有一定透過率。
[0015]所述的激光諧振腔是直腔，也可以是折疊腔(折疊腔時須加入折疊鏡以改變光路途徑)，腔長根據需要設定，諧振腔的后腔鏡和輸出鏡的曲率半徑和透過率可根據實際情況選擇。
[0016]所述的激光諧振腔內的調Q裝置與激光增益介質的相對位置可進行調換；在LD側面栗浦與閃光燈栗浦的情況下，諧振腔內的側栗模塊或者燈栗模塊以及激光增益介質、調Q裝置的相對位置可相互進行調換。
[0017]所述的激光增益介質可以是摻釹(Nd)或摻鐿(Yb)的以下諸晶體中的一種:乾鋁石榴石(YAG)、釩酸釔(YV04)、釩酸釓(GdV04)、釩酸镥(LuV04)、氟化釔鋰(YLF)、鋁酸釔(YAP)、釓鎵石榴石(GGG)、鎢酸釓鉀(KGd(W04)2)等；也可以是鍵合晶體釔鋁石榴石/摻釹釔鋁石榴石作46/制:￥46)、釩酸釔/摻釹釩酸釔(YV04/Nd:YV04)諸晶體中的一種。
[0018]所述的激光增益介質的摻雜濃度當摻釹時為0.05-at.%至3_at.% ;摻鐿時為0.05-at.%至 10-at.% 0
[0019]所述的激光增益介質的兩個端面均鍍有對栗浦光波段及100nm — IlOOnm波段的增透膜。
[0020]所述的調Q裝置可以是電光調Q裝置、聲光調Q裝置或可飽和吸收體被動調Q裝置中的任意一種:聲光調Q裝置由射頻輸入裝置和調Q晶體組成，調Q晶體的兩端面均鍍有100nm 一 IlOOnm波長的增透膜；調制頻率為IHz — 10KHz，通過輸入射頻波改變調Q晶體的密度，來實現周期性改變激光諧振腔閾值的目的，起到調Q開關作用；電光調Q裝置由電光晶體和驅動電源組成，利用晶體的電光效應，對通過其中的激光的相位產生調制，進而改變偏振態，完成開、關門過程，調制頻率為IHz -1OOkHz ;可飽和吸收體是利用材料的激發、躍迀特性，受激吸收時關門、向下躍迀時開門，以此完成對激光的開、關門控制，調制頻率為IHz — 10kHz0
[0021]所述的冷卻系統有兩種方式:循環水冷卻一一晶體側面均用帶有管道的金屬塊包住，金屬塊的管道內持續通有循環冷卻水，用來給晶體降低溫度；半導體制冷一一晶體側面被半導體制冷塊包圍。
[0022]—種上述激光放大器的工作方法:
[0023]激光栗浦光源產生的栗浦光和種子光源產生的種子光分別以一定的夾角經所述鈮酸鋰非線性晶體，并與所述鈮酸鋰非線性晶體的拉曼與紅外活性振動模相互作用，產生受激激子散射，輸出太赫茲波，并且獲得放大后的種子光輸出。
[0024]本發明的優勢在于:
[0025]本發明所述的一種基于鈮酸鋰晶體的激光放大器，利用在鈮酸鋰晶體的尺寸允許下，栗浦光和種子光的光斑尺寸可以任意大，并且采用受激激子散射的方式獲得較大倍數的種子激光放大。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明的基于鈮酸鋰晶體的激光放大器的光路結構示意圖；
[0027]圖2為是本發明的燈栗外腔脈沖式栗浦光和脈沖式種子光栗浦MgO:LiNbO3晶體，基于鈮酸鋰晶體的激光放大器源的光路結構示意圖；
[0028]圖3為本發明的LD側面栗浦的調Q運轉的和脈沖式種子光栗浦MgO: LiNbO3基于鈮酸鋰晶體的激光放大器的光路結構示意圖；
[0029]圖4為本發明的LD端面栗浦的調Q運轉的和脈沖式種子光栗浦MgO:LiNbO3基于鈮酸鋰晶體的激光放大器的光路結構示意圖；
[0030]圖5為本發明的栗浦光和脈沖式種子光栗浦MgO = LiNbO3*路結構示意圖；
[0031]圖6為本發明的栗浦光和連續種子光栗浦MgO = LiNbO3光路結構示意圖。
[0032]在圖1-6中，1.栗浦激光諧振腔后腔鏡，2.恒溫冷卻系統，3.調Q裝置，4.起偏器，5.激光增益介質，6.閃光燈栗浦系統，7.栗浦激光諧振腔輸出鏡，8.半波片，9.種子光高反鏡，10.鈮酸鋰非線性晶體，11.脈沖式種子光源，12.LD側面栗浦系統，13.LD栗浦模塊，14.光纖，15.耦合透鏡組，16.0PO種子光系統，17.栗浦光高反鏡，18.種子光高反鏡，19.栗浦光高反鏡，20.種子光擴束器，21.栗浦光擴束器，22.位移平臺，23.旋轉平臺，24.栗浦光高反鏡。
【具體實施方式】
[0033]現針對說明書附圖和實施例對本發明做詳細的說明，但不限于此。
[0034]如圖1-6所示。
[0035]實施例1、
[0036]如圖2所示。
[0037]一種基于鈮酸鋰晶體的激光放大器，包括激光栗浦光源、種子光源和鈮酸鋰非線性晶體:由激光栗浦光源產生的栗浦光和種子光源產生的種子光分別以一定的夾角經所述鈮酸鋰非線性晶體，并與所述鈮酸鋰非線性晶體的拉曼與紅外活性振動模相互作用，產生受激激子散射，產生非線性參量過程:獲得1066nm-1080nm的斯托克斯激光。本發明所述的激光放大器可以獲得8-10倍的放大后的激光輸出。
[0038]所述鈮酸鋰非線性晶體為MgO: LiNbO3或者LiNbO 3。
[0039]所述鈮酸鋰非線性晶體為同時具有拉曼與紅外活性的非線性晶體，所述鈮酸鋰非線性晶體的兩端面均鍍有100nm — IlOOnm波長的增透膜。
[0040]所述激光栗浦光源產生的栗浦光和種子光源產生的種子光，分別與所述經所述鈮酸鋰非線性晶體的夾角范圍是0.5-3.0°，實現對種子光的頻率連續調諧，對種子光的頻率連續調諧范圍為1066nm-1080nm。
[0041]所述激光栗浦光源產生的栗浦光光斑尺寸和種子光源產生種子光的光斑尺寸，在鈮酸鋰非線性晶體z軸方向的厚度允許下，選取任意大。
[0042]所述激光栗浦光源為準連續的重復頻率為lOOHz-lOOkHz的脈沖激光系統、閃光燈栗浦或者LD栗浦的低重頻的1-1OOHz的激光系統；所述激光栗浦光源的栗浦功率密度彡 20Mff/cm2