[发明专利]一种激光放大器增益介质的浓度梯度设计方法及激光放大器增益介质

说明书

本发明公开了一种激光放大器增益介质的浓度梯度设计方法及激光放大器增益介质，涉及激光放大技术领域，以解决激光放大器增益介质由于泵浦光吸收分布不均匀导致热量分布不均匀的热效应问题。本发明的技术要点包括：根据热传导方程计算获取激光放大器在对种子光放大时，种子光通过泵浦光区域时对应的晶体各段相位差；根据种子光经过晶体各段的相位差相等，设置使得种子光通过泵浦光区域时对应的晶体各段相位差相等；利用仿真软件迭代求解获得晶体各段的吸收系数；根据吸收系数和浓度梯度的关系计算获取晶体各段的浓度梯度。本发明根据种子光通过放大激光介质产生的退偏来设计激光放大器晶体的浓度分布，达到从根源上减小热退偏效应的目的。

技术领域

本发明涉及激光放大技术领域，具体涉及一种激光放大器增益介质的浓度梯度设计方法及激光放大器增益介质。

背景技术

大能量、具有高光束质量的高重频激光器在工业生产领域中，如冲击强化和激光切割加工等；军事领域，如激光武器和激光制导等均具有重要应用。然而，以传统均匀浓度的棒状晶体或块状晶体等为主的MOPA放大结构受制于增益介质的热效应及断裂应力极限等诸多因素，其工作重复频率以及功率难以大程度提升，输出光束质量也受到影响。

在端泵情况下，传统的均匀掺杂晶体由于泵浦能量沿传播方向分布不均匀，产生的温度梯度较大，进而产生严重的热效应，明显降低系统的效率、光束质量和激光系统的稳定性。减小晶体浓度会降低泵浦光的吸收，进而影响激光的高功率输出；外部冷却的增加以及腔型的改变会增加系统的复杂性。

发明内容

为此，本发明提出一种激光放大器增益介质的浓度梯度设计方法及激光放大器增益介质，用以解决激光放大器增益介质由于泵浦光吸收分布不均匀导致热量分布不均匀即严重的热效应问题。

根据本发明的一方面，提供一种激光放大器增益介质的浓度梯度设计方法，该方法包括以下步骤：

设置激光放大器晶体各段的退偏值相等，则根据退偏值和种子光经过晶体的相位差之间的关系确定种子光经过晶体各段的相位差相等；

根据热传导方程计算获取激光放大器在对种子光放大时，种子光通过泵浦光区域时对应的晶体各段相位差；

根据种子光经过晶体各段的相位差相等，设置使得种子光通过泵浦光区域时对应的晶体各段相位差相等；

设置晶体第一段的吸收系数和晶体各段长度，利用仿真软件迭代求解获得晶体各段的吸收系数；

根据吸收系数和浓度梯度的关系计算获取晶体各段的浓度梯度。

进一步地，退偏值和种子光经过晶体的相位差之间的关系表示为：

式中，D_pol表示退偏值；r_a表示种子光半径；θ表示种子光各个角度，种子光一般为圆形，角度从0到2π；ψ(r)表示种子光经过晶体的相位差。

进一步地，所述种子光通过泵浦光区域时对应的晶体各段相位差表示为：