激光总体方案.doc

高重频大能量激光泵浦系统总体方案、主要组成、工作流程及工作模式
总体技术方案
根据国内外脉冲激光器的调研结果, 直接获得重频10kHz、纳秒脉冲宽度和几十毫焦单脉冲能量的激光脉冲是十分困难的。若采用闪光灯泵浦的固体激光器方案,可以很容易获得几十毫焦甚至焦耳量级的大脉冲能量输出,但其重频一般在几十Hz(典型10~20Hz),无法实现高达10kHz的重复频率;同时,由于闪光灯的发射光谱为宽谱,光谱覆盖紫外到红外波段,与激光介质的吸收光谱(吸收带宽一般在几个纳米)匹配效果差,这导致废热严重,不但给激光器带来严重的热效应,也造成激光器效率低下,光束质量差。另外,闪光灯几百小时的工作寿命也大大限制了其工程应用。综上所述,闪光灯泵浦的固体激光器方案难以满足本项目指标及应用需求。
相比之下,采用半导体激光器(LD)作为泵浦源,其发射波长可与激光增益介质的吸收光谱实现很好的匹配,大大降低了激光器热效应的影响,提高了激光器的效率,因此LD泵浦的固体激光器(DPSSL)通常具有效率高和光束质量好等优点。为满足本项目大能量的要求,本高重频大能量激光泵浦系统可采用振荡—放大(MOPA,Master Oscillator and Power Amplifier)结构,即此激光泵浦系统由激光振荡级和激光放大级组成,依靠激光振荡级获得高重频、低脉冲能量的激光输出,依靠激光放大级获得满足项目要求的大脉冲能量激光输出,同时对入射脉冲的宽度和光束质量也不会造成影响。经激光放大级输出的高重频大能量的1064nm激光,经过高效频率扩展后,便可获得满足项目指标要求的高重频大能量的
532nm/355nm泵浦光。同时,为了保证输出激光的稳定性,还需辅以高效的激光系统热控技术。
综上所述,总体技术方案可归纳如下:为获得高重复频率大脉冲能量的激光脉冲序列,首先利用激光振荡级获得高重频的激光脉冲,然后利用普克尔盒选取部分脉冲组成脉冲串,脉冲串内的脉冲数量可通过控制普克尔盒加载电压的持续时间决定,最后利用振荡-放大(MOPA,Master Oscillator and Power Amplifier)结构对选取的脉冲串进行能量放大。本系统可在两种模式下工作:脉冲串模式和单脉冲模式。在两种工作模式下激光振荡级可通用,通过普克尔盒对脉冲数量选取和重频控制,实现脉冲串工作和单脉冲工作。总体技术方案如图1-1所示。
图1-1 总体技术方案
主要组成
本系统主要由四部分组成,分别为10kHz高重频脉冲输出部分、脉冲选取部分、脉冲放大部分和频率扩展部分。各部分详细组成如下:
10kHz高重频脉冲输出:主要包括全反镜1、LD侧泵Nd:YAG模块、偏振器、普克尔盒1和输出镜等。
脉冲选取:主要包括偏振器2、普克尔盒2和全反镜2等。
脉冲放大:主要包括预放大模块、半波片、偏振器3、放大模块、四分之一波片和全反镜4等。
频率扩展:主要由倍频、和频晶体组成
其中普克尔盒1作为高重频电光调Q元件,普克尔盒2作为脉冲选取元件。
工作流程
LD侧面泵浦的Nd:YAG激光器经普克尔盒1电光调Q后,获得重频10kHz,单脉冲能量几毫焦的1064nm激光输出,由于腔内插入偏振器,因此输出激光为线偏振光,假设为p偏振激光。然后经偏振器1、光隔离器1、半波片和偏振器2后,注入到能量预放大模块中,往返两次经过λ