该文档是一项关于超短脉冲激光的薄盘多次放大器的研究报告。以下是该研究的综合报告。
本文由Jan-Philipp Negel、Andreas Voss、Marwan Abdou Ahmed、Dominik Bauer、Dirk Sutter、Alexander Killi和Thomas Graf等人完成，研究单位包括德国斯图加特大学的光学工具研究所（Institut für Strahlwerkzeuge, IFSW）和Trumpf激光公司。该研究于2013年12月13日发表于《Optics Letters》期刊。
研究的主题是开发一种薄盘多次放大器，用于超短脉冲激光的放大，并报道了一个具有1105 W平均输出功率的薄盘激光放大器。该研究旨在探索如何通过创新的激光放大技术进一步提升超短脉冲激光的输出功率，尤其是关注薄盘多次放大器这一方法的应用潜力。研究的关键是设计一个能有效提升输出功率的放大器，同时保持激光束质量和脉冲持续时间。
超短脉冲激光在材料加工领域应用日益广泛。为了提高加工速度和生产率，开发具有高平均功率的激光源变得愈加重要。同时，这些激光脉冲的脉宽和能量必须与所需的工艺相匹配。近年来，为了提升激光器的平均输出功率，科学家们提出了多种技术路径，其中包括从振荡器直接扩展功率、使用薄盘激光器以及通过放大器增能。
薄盘激光器由于其优越的热管理性能，在高功率操作中具有明显的优势。与其他类型的激光器相比，薄盘激光器能在保持良好性能的同时减少热效应的影响。因此，薄盘激光器成为了研究的重点。尽管薄盘激光器具备良好的热管理能力，但如何进一步提升其平均功率，尤其是如何通过放大器提升激光的输出能力，仍然是科学家们研究的难点。
本研究使用了Trumpf Trumicro5050激光器作为种子激光器，种子激光器工作在1030 nm波长，脉冲持续时间为6.5 ps，重复频率为800 kHz，输出功率为80 W。通过这种激光源，研究人员能够提供稳定且高质量的脉冲信号。
放大器采用了薄盘多次放大器结构。这种放大器通过将激光束多次反射折叠到薄盘激光晶体中，从而有效地增强了放大效果。该放大器的关键组件是一个包含40面镜的镜面阵列，激光束通过该阵列被多次反射，经过24次泵浦腔的激光薄盘，最终实现高效的放大过程。为了进一步提高放大效率，系统还采用了光学元件的精确设计和优化，例如平面折射镜和反射镜对（retroreflecting mirror pair），以减少空气透镜效应对激光束路径的影响。
激光束首先从种子激光器进入放大器，经过镜面阵列反射并与薄盘激光晶体相互作用。在每次反射和放大过程中，激光束的能量逐步增强。通过这种多次反射折叠的方式，放大器能够高效地提升激光束的功率输出。
为了减少空气对激光束的影响，研究团队为放大器设置了一个密封的环境，避免外部空气流动带来的扰动。此外，放大器的温度控制也经过优化，以保证激光系统的稳定性。激光束质量通过ISO 11146标准进行测量，测得的M²值（描述激光束质量的一个指标）均小于1.25，表明放大后的激光束质量接近衍射极限。
本研究的一个重要结果是成功实现了1105 W的超短脉冲激光平均输出功率。这一结果是在80 W的种子激光器和2316 W的泵浦功率条件下获得的。此外，该研究还验证了薄盘多次放大器在提高输出功率方面的巨大潜力。与之前的研究相比，研究人员通过优化设计和实验设置，显著提高了放大器的效率和稳定性。
具体的实验数据显示，经过40次反射的激光束能够在薄盘激光晶体内获得充分的放大，最终达到1105 W的输出功率。在实验过程中，激光束的波形几乎没有发生明显的时间展宽，脉冲宽度仅从6.5 ps略微增加至7.3 ps，这对于大多数材料加工应用而言具有重要意义。
这项研究的成功实现了一个具有高输出功率和稳定性的薄盘多次放大器系统，对超短脉冲激光技术的发展具有重要意义。首先，该研究展示了薄盘多次放大器在实现高功率输出方面的巨大潜力，这对于提高激光加工的速度和效率至关重要。其次，研究结果表明，系统的温度控制、空气透镜效应的优化以及激光束质量的保持，都是提高放大器性能的关键因素。
此外，该研究还提出了使用969 nm泵浦波长来减少热负荷的创新方案，这一方案显著提高了激光器的输出功率和效率。通过这种改进，研究人员成功地提升了输出功率并优化了系统的运行稳定性。
尽管本研究取得了显著成果，但研究团队指出，系统的温控和空气透镜效应仍然是影响激光输出稳定性的因素之一。未来的研究将进一步探索如何通过改善光学元件的冷却系统以及利用气体环境（如氦气）来减少大气效应，进一步提升放大器的功率输出和系统的稳定性。
这项研究不仅为薄盘多次放大器的技术发展提供了新的思路，也为超短脉冲激光的高功率应用奠定了基础。