本发明属于超快超强激光，具体涉及一种激光侧泵四通放大器、其放大方法及装置。
背景技术：
1、皮秒脉冲激光器因其较高的峰值功率和简单的结构，已经在许多领域有着成熟且广泛的应用，尤其是脉冲能量在十毫焦耳以上，平均功率达到数十瓦的兼具高能量和高功率的皮秒激光，在工业加工、科学研究、军事国防等领域有着重要应用。但是直接锁模产生的皮秒脉冲能量大多在纳焦耳量级，难以满足工业加工等应用的需求，需要对脉冲进行放大。
2、在高能量皮秒激光放大中，掺钕钇铝石榴石(nd:yag)晶体侧面泵浦方式可以实现极高的泵浦功率和侧边大面积的水冷散热，成为了主要的增益介质泵浦方案。并且nd:yag增益较高，可以通过行波放大实现大能量输出，最高可以达到百毫焦耳量级。
3、一般侧泵行波放大器主要采用单通或双通放大的方式，少数采用过四通放大以提升增益倍数。以往主要运行在100hz甚至更低重频下，其平均功率不高。当系统运行在1khz甚至更高重复频率的时候，泵浦的平均功率显著上升，甚至达到千瓦量级，导致晶体中间温度分布呈现径向梯度，热效应十分严重，使入射激光产生了明显的热致波前相位畸变，从而影响输出光束质量，限制了能量放大。
4、综上所述，现有技术有如下缺点：
5、1、在高重频运行下，热致波前相位畸变影响输出光束质量。
6、2、皮秒激光放大过程中高脉冲能量容易产生非线性自聚焦，影响光束质量。
技术实现思路
1、因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种激光侧泵四通放大器、其放大方法及装置。
2、在阐述本
技术实现要素：
之前，定义本文中所使用的术语如下：
3、术语“ht”是指：高透过率，英文名为high transmission。
4、术语“nd:yag”是指：掺钕钇铝石榴石。
5、术语“slm”是指：空间光调制器，英文名为spatial light modulator，调制光波波前的衍射光学器件，可以调制光束以生成预先设计的空间光场，它能够控制随时间变化的驱动信号的输入，实现对入射光场的偏振状态、振幅、相位等物理量的调制。
6、术语“种子光”是指：未放大的激光。
7、术语“nd:ylf”是指：掺钕氟化钇锂晶体。
8、为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种激光侧泵四通放大器，所述激光侧泵四通放大器包括：
9、用于输出激光的激光模块；
10、用于激光放大的侧泵模块；
11、用于改变激光偏振和阻挡侧泵模块热退偏效应导致的回光的隔离模块；
12、用于将光斑完整传递的像传递模块；
13、用于补偿光束自聚焦效应的非线性晶体模块；和
14、用于将经过所述侧泵模块放大的激光反射后再次经过所述侧泵模块进行第二次放大的反射模块；
15、其中：
16、所述像传递模块包括第一像传递模块和第二像传递模块；
17、所述非线性晶体模块包括第一非线性晶体模块和第二非线性晶体模块；
18、所述反射模块包括第一反射模块和第二反射模块。
19、根据本发明第一方面的激光侧泵四通放大器，其中，
20、所述激光模块的输出端与所述隔离模块的输入端相连；
21、所述隔离模块的输出端的一路与所述侧泵模块的输入端相连，所述侧泵模块的输出端所述第一像传递模块的输入端相连，所述第一像传递模块的输出端与所述第一非线性晶体模块的输入端相连，所述第一非线性晶体模块的输出端与所述第一反射模的输出输入端相连；和/或
22、所述隔离模块的输出端的另一路通过传递光束反射镜和/或传递光束薄膜偏振片与所述第二像传递模块的输入端相连，所述第二像传递模块的输出端与所述第二非线性晶体模块的输入端相连，所述第二非线性晶体模块的输出端与所述第二反射模块的输出输入端相连；
23、优选地，所述传递光束反射镜的反射角度为30～45°，更优选为34.4～45°。
24、
25、根据本发明第一方面的激光侧泵四通放大器，其中，所述隔离模块包括光隔离器和薄膜偏振片；其中，
26、所述光隔离器依次包括：光隔离器的薄膜偏振片、光隔离器的法拉第旋光器和半波片；
27、所述薄膜偏振片双面镀膜，一面镀偏振膜，入射角度为55.6°；另一面镀增透膜；
28、所述薄膜偏振片的数量为3～5个，优选为3～4个，最优选为3个；和/或
29、所述皮秒激光器发射p偏振激光，经过所述光隔离器后将p偏振激光转变为s偏振激光；
30、优选地，在1064nm波长处，所述偏振膜满足消光比大于1000：1，所述增透膜的ht>99％；和/或
31、优选地，在所述光隔离器之后至少设置一个所述薄膜偏振片。
32、根据本发明第一方面的激光侧泵四通放大器，其中，所述侧泵模块包括侧泵模块晶体；其中，
33、所述侧泵模块晶体为nd:yag侧泵模块晶体或nd:ylf侧泵模块晶体，最优选为nd:yag侧泵模块晶体；
34、所述侧泵模块晶体的形状为圆棒形或长条形，最优选为圆棒形；
35、所述侧泵模块晶体的侧面和两端均镀有膜；其中，所述侧面的膜的波长为808～888nm，优选为818～868nm，最优选为808nm；所述两端的膜的波长为1000～1100nm，优选为1020～1080nm，最优选为1064nm；和/或
36、所述侧泵模块的泵浦方式为端面泵浦和/或侧面泵浦，最优选为侧面泵浦；
37、优选地，在所述侧泵模块晶体前还包括用于将线偏振激光转为圆偏振激光的四分之一波片；和/或
38、优选地，所述膜的透光率为大于90％，更优选为大于95％，进一步优选为大于99.99％。
39、根据本发明第一方面的激光侧泵四通放大器，其中，所述第一像传递模块和所述第二像传递模块均包括：凸透镜和真空管；
40、所述真空管的焦点处安装有具有双轴调节的小孔；
41、所述凸透镜为平凸透镜或双凸透镜，最优选为平凸透镜；
42、所述凸透镜的数量为1～4个，优选为2～3个，最优选为2个；和/或
43、所述凸透镜焦距相同，且共焦点；
44、优选地，当所述凸透镜的数量为2个时，
45、所述第一像传递模块和所述第二像传递模块均进一步包括：第一凸透镜、真空管和第二凸透镜，所述真空管位于所述第一凸透镜和所述第二凸透镜之间；和/或
46、所述第二凸透镜安装在平移台上。
47、根据本发明第一方面的激光侧泵四通放大器，其中，
48、所述第一非线性晶体模块包括：法拉第旋光器和非线性晶体；和/或
49、所述第二非线性晶体模块包括非线性晶体；
50、优选地，所述非线性晶体具有负的非线性折射率。
51、根据本发明第一方面的激光侧泵四通放大器，其中，所述第一反射模块和所述第二反射模块均包括：空间反射镜和/或空间光调制器；
52、优选地，所述空间光调制器选自以下一种或多种：液晶空间光调制器、电光空间光调制器、磁光空间光调制器、声光空间光调制器、热光空间光调制器，更优选选自以下一种或多种：液晶空间光调制器，电光空间光调制器，磁光空间光调制器，最优选为液晶空间光调制器；
53、优选地，所述空间反射镜的反射角度为0～5°，最优选为0°；和/或
54、优选地，所述空间反射镜均有镀膜，所述镀膜的的反射率更优选为大于95％，进一步优选为大于98％，更进一步优选为大于99％。
55、根据本发明第一方面的激光侧泵四通放大器，其中，所述激光模块包括激光器，所述激光器优选为皮秒激光器；
56、所述皮秒激光器的脉冲宽度优选为10～800ps，更优选为20～500ps，进一步优选为30～100ps，最优选为60ps。
57、本发明的第二方面提供了一种激光放大方法，所述激光放大方法包括使用第一方面所述的激光侧泵四通放大器；
58、优选地，所述放大方法包括：所述激光模块发射出p偏振的激光，依次经过所述薄膜偏振片和所述光隔离器转换为s偏振的激光，透射过位于所述光隔离器后的薄膜偏振片经所述四分之一波片变为圆偏振激光后，进入所述侧泵模块进行第一次放大，放大后的光束依次经过所述第一像传递模块和第一非线性晶体模块，被第一反射模块反射后再次经过第一非线性晶体模块和第一像传递模块进入所述侧泵模块进行第二次放大，由于种子光来回两次经过四分之一波片，p偏振转变为s偏振，再依次经过位于光隔离器后的薄膜偏振片、用来连接隔离模块和第二像传递模块的传递光束薄膜偏振片和/或传递光束反射镜、第二像传递模块、第二非线性晶体模块后被第二反射模块反射后原路返回进入所述侧泵模块进行第三次放大，再依次经过第一像传递模块和第一非线性晶体模块被第一反射模块反射后原路返回进入所述侧泵模块进行第四次放大，所述激光再次由s偏振变为p偏振，最终从位于所述光隔离器后的薄膜偏振片透射出去。
59、本发明的第三方面提供了一种脉冲激光装置，所述脉冲激光装置包括第一方面所述的激光侧泵四通放大器；
60、优选地，所述脉冲激光装置为皮秒脉冲激光装置。
61、为实现上述目的，根据本发明一个优选的实施方案，所述四通放大器包括：皮秒激光器1、第三薄膜偏振片5、四分之一波片6、nd：yag侧泵模块7、第一0°空间反射镜或空间光调制器11、传递光束反射镜12、第二0°空间反射镜或空间光调制器15，传递光束反射镜12的反射角度为34.4°。
62、优选的，薄膜偏振片为双面镀膜，要求在薄膜偏振片的前表面面镀偏振膜，入射角度为55.6°，更优选的，在1064nm波长处满足消光比大于1000：1；在薄膜偏振片的后表面面镀增透膜，更优选的，在1064nm波长处ht>99％。光束打在薄膜偏振片的前表面上分光，透过的光经过后表面的高透膜，避免反射。
63、优选的，反射镜均镀1064nm高反膜，所述高反膜对入射光波长的反射率更优选为95％，进一步优选为99％。
64、优选的，nd:yag侧泵模块晶体为圆棒形，利于散热，掺杂nd3+的掺杂浓度为0.6at％,且侧面镀有808nm高透膜，两端镀有1064高透膜，泵浦光波长为808nm，泵浦方式为侧面泵浦。
65、优选的，采用液晶slm空间光调制器，用来补偿光束传输中的波前相位畸变，得到高光束质量高效率的放大效果。
66、皮秒激光器1发射出p偏振的种子光，透射过第三薄膜偏振片5经四分之一波片6后进入nd:yag侧泵模块进行放大，放大后的光束被第一0°空间反射镜或空间光调制器11反射后再次进入侧泵模块进行第二次放大，由于种子光来回两次经过四分之一波片，p偏振转变为s偏振，于是会被第三薄膜偏振片5，传递光束反射镜12和第二0°空间反射镜或空间光调制器15反射后，原路返回进入侧泵模块进行第三次放大，然后被第一0°空间反射镜或空间光调制器11反射进入侧泵模块进行第四次放大，种子光再次由s偏振变为p偏振，最终从薄膜偏振片5透射出去。
67、进一步的，还包括光隔离器4、第一薄膜偏振片2、第二薄膜偏振片3：皮秒激光器发出的种子光经过两个薄膜偏振片反射进入光隔离器4，s偏振转变为p偏振，进入第三薄膜偏振片后进入侧泵模块。
68、进一步的，还包括第一像传递模块8，第二像传递模块13。
69、优选的，像传递模块采用两块焦距相同，共焦点的平凸透镜组成，并将第二块透镜安装在平移台上，便于控制像传递的光斑大小，更优选的，在两块透镜之间安装一根真空管，避免激光在焦点处电离，进一步优选为真空管中焦点处安装一个双轴调节的小孔，进行滤波和挡住由于透镜反射的光点。像传递的作用是，将光束质量良好位置处的光斑完整传递到下次需要的位置，从而避免自然传输中光束的恶化。
70、优选的，在侧泵模块之前加一块四分之一波片，将线偏振光转为圆偏振光，用于减少非线性效应。
71、优选的，光隔离器由一块薄膜偏振片，一块法拉第旋光器和一块半波片组成，用来改变激光的偏振和阻挡热退偏效应导致的偏振不纯的激光，避免损坏元件。
72、本发明提供了一种基于侧泵模块的四通放大器，其构成包括薄膜偏振片、旋光器、半波片、薄膜偏振片、四分之一波片、侧泵放大模块、第一像传递、旋光器、0度反射镜、第二空间滤波像传递、负非线性折射率材料、0度反射镜或空间光调制器。本发明基于像传递结构和空间光调制器，在增加通数的同时补偿了波前相位畸变，得到高光束质量高效率的放大效果。
73、通过调种子光的偏振，结合偏振器件，让其四次经过放大晶体，极大的提高了种子光提取增益的效率，在结构简单的光路中实现高功率输出。
74、本发明涉及超快超强激光领域，适用于超短激光的能量和功率放大，更高效有效地提高激光的输出能量和功率。
75、现有技术一般未使用相位补偿以及非线性补偿器件，在高重频和大能量下，会引起相位畸变和自聚焦效应，没有良好的光斑输出，严重情况下会打坏晶体和元器件，而本发明通过将已有技术方案中的双通放大中加入另外两通以提升放大效率；并且在额外两通中使用了像传递结构配合空间光调制器，以补偿侧泵模块在高重频高平均功率运行下的热致波前相位畸变；在额外的两通中，还可以添加非线性折射率为负的材料，以补偿皮秒激光大能量放大过程中积累的非线性相位。并且在之间添加波前相位补偿与非线性相位补偿元件，在提升已有方案的放大效率的基础上，补偿了高重频大能量皮秒放大中的光束质量影响因素，优化了最终的光束质量。该装置结构简单稳定、调节方便，能够充分提取激光增益介质的能量，并且优化高能量高功率皮秒激光放大输出的光束质量。
76、本发明的激光侧泵四通放大器、其放大方法及装置尤其可用作补偿皮秒激光大能量放大过程中热致波前相位畸变和非线性自聚焦的高光束质量高效率皮秒侧泵放大器，通过将双通放大中加入另外两通以提升放大效率；并且在额外两通中使用了像传递结构配合空间光调制器，以补偿侧泵模块在高重频高平均功率运行下的热致波前相位畸变；在额外的两通中，还可以添加非线性折射率为负的材料，以补偿皮秒激光大能量放大过程中积累的非线性相位。并且在之间添加波前相位补偿与非线性相位补偿元件，在提升放大效率的基础上，补偿了高重频大能量皮秒放大中的光束质量影响因素，优化了最终的光束质量。该装置结构简单稳定、调节方便，能够充分提取激光增益介质的能量，并且优化高能量高功率皮秒激光放大输出的光束质量。
77、与现有技术相比，本发明的激光侧泵四通放大器、其放大方法及装置可以具有但不限于以下有益效果：
78、1、本发明利用激光的偏振特性，对光束的偏振进行调制，让光束四次经过增益介质，完成四通放大，相比于单通和双通放大，最大程度上增加了种子光对增益介质内储能的提取效率。
79、2、安装的空间光调制器补偿了激光在侧泵模块放大过程中出现的波前畸变，非线性晶体缓解了光束的自聚焦效应，保证良好的激光输出。
80、3、结构简单明了，调试方便。
1.一种激光侧泵四通放大器，其特征在于，所述激光侧泵四通放大器包括：
2.根据权利要求1所述的激光侧泵四通放大器，其特征在于：
3.根据权利要求1或2所述的激光侧泵四通放大器，其特征在于，所述隔离模块包括光隔离器和薄膜偏振片；其中，
4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光侧泵四通放大器，其特征在于，所述侧泵模块包括侧泵模块晶体；其中，
5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光侧泵四通放大器，其特征在于，所述第一像传递模块和所述第二像传递模块均包括：凸透镜和真空管；
6.根据权利要求1至5中任一项所述的激光侧泵四通放大器，其特征在于：
7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光侧泵四通放大器，其特征在于，所述第一反射模块和所述第二反射模块均包括：空间反射镜和/或空间光调制器；
8.根据权利要求1至7中任一项所述的激光侧泵四通放大器，其特征在于，所述激光模块包括激光器，所述激光器优选为皮秒激光器；
9.一种激光放大方法，其特征在于，所述激光放大方法包括使用权利要求1至8中任一项所述的激光侧泵四通放大器；
10.一种脉冲激光装置，其特征在于，所述脉冲激光装置包括权利要求1至8中任一项所述的激光侧泵四通放大器；
