[发明专利]基于偏振选择的高紧凑型串联直接液冷高功率激光装置

说明书

本发明公开了一种基于偏振选择的高紧凑型串联直接液冷高功率激光装置，涉及高能激光技术领域。所述高功率激光装置包括：种子源、用于对主激光增益放大和对增益介质产热进行冷却的多个串联的复合增益模块、偏振反射镜和用于偏振态选择的偏振选择单元；所述种子源提供的主激光与复合增益模块中的泵浦源提供的泵浦光非共路。与现有技术相比，多个增益模块的串联可实现高功率的激光放大，且主激光与泵浦光不是严格共路，因此光路中无须设置泵浦光和主激光的分色镜，极大地降低了系统的复杂程度，增加了系统的稳定性，热致像差较小，保证了输出激光具有较好的光束质量，在实现有效热管理的同时极大地提高了系统的紧凑度，大幅度减小了系统体积和重量。

技术领域

本发明涉及高能激光技术领域，尤其是公开了一种基于偏振选择的高紧凑型串联直接液冷高功率激光装置。

背景技术

高功率固体激光器以其输出能量大、峰值功率高、可靠性高、使用寿命长的优势，广泛应用于工业、医疗、科研、国防等领域。随着工业加工、军事国防等领域对激光器的需求增加，对激光器的功率、光束质量、体积和重量等指标提出了更高的要求。常规的固体激光器结构，如薄片激光器、板条激光器等，已经很难再功率体积（重量）比上满足新的需求。同时，热管理是影响激光器功率、效率以及体积重量等指标的关键因素。随着激光器输出功率的提高，对热管理的要求更是进一步的提高。固体激光器常规的热沉式散热方式已经逐渐不能满足高功率激光器高效、快速散热的要求。为了满足散热需求，势必会增加散热结构件的体积和重量，且会增加系统的复杂性。因此，需要设计新型的固体激光器散热方式，开发新型的可实现紧凑化的固体激光器。

直接液冷是一种有效的热管理方式，将激光增益介质直接浸泡在冷却液中，通过液体的流动直接带走介质热量，从而实现快速、高效的热管理。在这种高效热管理的支撑下，可以将多片增益介质进行阵列式排列，实现分布式增益。现有技术中为了实现直接液冷激光装置的小型化和规避双色镜等因素，通常选用侧面泵浦方式（即泵浦方向与激光通光方向正交），但是缺点在于侧面泵浦的负指数吸收效应势必会在激光通光方向引入较为复杂的像差，从而影响整个系统的光束质量。因此有必要设计出一种可同时实现高光束质量且保持系统紧凑的直接液冷激光装置。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，本发明提供了一种基于偏振选择的高紧凑型串联直接液冷高功率激光装置，在实现高功率激光输出和有效热管理的同时实现激光器的超紧凑化和小型化。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于偏振选择的高紧凑型串联直接液冷高功率激光装置，包括：种子源19、用于对主激光增益放大和对增益介质产热进行冷却的多个串联的复合增益模块、偏振反射镜13和用于偏振态选择的偏振选择单元；

所述种子源19提供的主激光与复合增益模块中的泵浦源8提供的泵浦光非共路。

所述复合增益模块的个数为偶数个，且至少有两个增益模块共用一个偏振选择单元实现流向相反的光路串联。

所述复合增益模块包括：装置外框1、主激光透射窗口2、主激光反射窗口3、至少一片复合增益介质单元5、匀化格栅6、泵浦源8以及冷却微流道9；

位于主激光反射窗口3一侧的泵浦源8发出的泵浦光7经过主激光反射窗口3导入复合增益模块中，经过复合增益介质单元5的吸收后获得激光增益；同时，激光冷却液4经过匀化格栅6对流场进行匀化后流入复合增益介质单元5之间的冷却微流道9，将热量带走后流出复合增益介质单元5。

所述复合增益介质单元5由增益介质10和荧光吸收介质11组成，其中增益介质10和荧光吸收介质11通过键合方式连接。

所述偏振选择单元包括位于复合增益模块主激光透射窗口2一侧的偏振反射镜13和四分之一波片15，所述偏振反射镜13与四分之一波片15共同作用实现偏振态选择。