CN100464469C - 抑制大尺寸钛宝石放大器寄生振荡的方法 - Google Patents
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Abstract
一种抑制钛宝石激光放大器寄生振荡的方法，该方法所采用的装置包括一供安装钛宝石晶体的壳形支架，该壳形支架的两端都设有螺钉孔，该壳形支架的两端各有一O型密封圈和一环形压圈，所述的环形压圈与所述的壳形支架的对应位置设有螺孔，通过螺钉深入螺孔将所述的环形压圈、O型密封圈与所述的壳形支架连接在一起，形成密封结构，所述的壳形支架的侧壁上有滴液孔和气孔，在所述的壳形支架和钛宝石晶体之间灌充液态匹配物质。本发明的特点是液态匹配物质容易配置，与钛宝石侧面均匀接触，没有气泡，对钛宝石晶体的侧面抛光程度没有特殊要求，尤其是容易更换，不会对晶体表面造成伤害，本发明还有成本低，操作简单的优点。
Description
技术领域
本发明涉及钛宝石激光器，特别是一种抑制大尺寸钛宝石放大器寄生振荡的方法。
背景技术
随着强场超快科学不断深入的发展，对超强超短激光源的能量和强度的要求不断提高，在飞秒量级超快激光系统中，基于钛宝石(Ti：Sapphire)晶体的啁啾脉冲放大(CPA)是实现上述目标的主要技术路线，而大尺寸钛宝石放大器是获得高能量输出的主要源泉，因此成为这一系统的关键环节之一。随着钛宝石晶体尺寸的增加，晶体可输出的最大能量也随之增加，但同时，由于晶体横向尺寸的加大，晶体表面费涅尔反射导致侧面之间的激光振荡(称为寄生振荡)随之加强，这将消耗掉晶体被抽运后上能级储存的大部分反转的布居数，从而大大降低了信号光的放大效率及输出能量，影响整个系统的正常运行。晶体直径越大，寄生振荡也越强，信号光的放大效率降低得越多，所以克服寄生振荡是提高信号光放大效率、实现高能量激光输出的关键。
克服寄生振荡的方法国际上已有专门报道，见参考文献【F.G.Patterson，J.Bonlie，D.Price，and B.White，Opt.Lett.24，963(1999)】，是1999年由F.G.Patterson等人首次提出的，并测量了在晶体侧面加匹配物质前后的寄生振荡强弱的对比。该文献中采用一种折射率与钛宝石晶体相匹配的胶质材料，该材料是由美国Cargille Laborataries公司生产的一种折射率为1.6849的半固体材料，在110℃附近可融化为液体，使其附着在晶体侧面，冷却后胶体与晶体表面较好地粘合在一起，降低晶体表明的反射率，胶体中掺入的碳粉可以吸收从侧面透出的自发辐射荧光，从而克服寄生振荡效应。
该方法的具体操作是，将该材料慢速加热到110℃附近，此时，该材料才是流动性较好的液体，将液体一直稳定控制在这一温度附近，掺入打印机用碳粉，并不断搅拌直至均匀。将钛宝石晶体固定在晶体支架中，晶体侧面与支架有一密封的空隙，将晶体和支架也均匀加热并保持在110℃附近，将调配均匀的匹配胶灌入晶体支架的侧面空隙，灌满后让其自动冷却，匹配胶在室温下固化，就在晶体侧面形成一个固化的吸收层，可以降低自发辐射光子在晶体侧面的反射效率，并吸收折射进的光子，从而抑制寄生振荡。但我们发现要想很好地抑制寄生振荡，必须使匹配胶与晶体侧面很好的接触，不能有气泡存在，否则，自发辐射荧光在侧面反射仍然比较高，从而容易形成寄生振荡，这就要求晶体侧面必须抛光，固态胶与晶体侧面才能很好接触。同时，灌胶的速度、晶体和胶的温度以及整体的冷却过程要很好的控制，否则，也很容易产生气泡，因此，操作比较复杂。此外，工作一段时间后，胶体中的碳粉会因吸收而漂白，导致吸收效率下降，需要重新更换匹配胶，那么晶体就又需要加热，等胶变成液态后吸出，再灌新胶。如果晶体表明损伤，需要重新抛光镀膜等需要从支架上拿下，或O型密封圈需要更换时，都必须在110℃下操作，其困难程度可想而知，此外，万一在灌胶过程中不小心将胶滴到晶体表面，将很难清理干净，给晶体带来损伤。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术匹配胶的缺点，提供一种抑制大尺寸钛宝石放大器寄生振荡的方法，该方法要求全部在室温下操作，不仅操作简单，而且安全性好。
本发明的技术解决方案如下：
一种抑制钛宝石放大器寄生振荡的方法，所采用的装置包括一供安装钛宝石晶体的壳形支架，该壳形支架的两端都设有螺钉孔，该壳形支架的两端各有一O型密封圈和环形压圈，所述的环形压圈与所述的壳形支架的对应位置设有螺孔，通过螺钉深入所述的螺孔将所述的环形压圈、O型密封圈与所述的壳形支架连接在一起，形成密封结构，所述的壳形支架的侧壁上有滴液孔和气孔，在所述的壳形支架和所述的钛宝石晶体之间灌充液态匹配物质，所述的壳形支架的滴液孔和气孔分别设有堵头，其特点是该方法包括下列步骤：
第一步，将所述的O型密封圈放入所述的壳形支架左侧的环形压圈的凹槽中，用所述的螺钉将该环形压圈与所述的壳形支架固定，再将所述的钛宝石晶体放在该O型密封圈的上面，所选择的O型密封圈的外径与所述的钛宝石晶体的外径相同，所述的壳形支架的长度与所述的钛宝石晶体的长度相匹配；
第二步，将另一个相同的O型密封圈放在该钛宝石晶体(4)的另一端，使该O型密封圈的外径正对该钛宝石晶体的外径，然后将右侧的环形压圈的凹槽对准该O型密封圈，使该右侧的环形压圈的螺孔对准所述的壳形支架的螺孔，用所述的螺钉固定，保证晶体侧面与所述的壳形支架之间的空隙有良好的密封性；
第三步，用滴管将所述的液态匹配物质从所述的滴液孔中灌入所述的钛宝石晶体和所述的壳形支架之间的空隙中，由于液态匹配物质与晶体的折射率接近，从晶体正面就可看到侧面液态匹配物质的高度和液体与晶体的接触面，在液体滴入所述的空隙时，轻微晃动所述的壳形支架，避免晶体表面与液态匹配物质之间存在气泡，液态匹配物质加满后，用所述的堵头封闭所述的滴液孔和气孔。
所述的液态匹配物质是溴代萘与碳粉的混合溶液，或二碘甲烷与碳粉的混合溶液。
所述的液态匹配物质的制备方法是在常温下，将适量的溴代萘或二碘甲烷倒入玻璃器皿中，然后逐渐加入碳粉，所述的碳粉与溴代萘，或碳粉与二碘甲烷的重量比为1:5—1:8，加碳粉时不断搅拌溶液，使碳粉均匀地溶于液剂中。
所述的溴代萘，英文名：1-Bromonaphthalene，化学分子式：C10H7Br，为无色澄清无毒液体，折射率：1.7041。根据钛宝石晶体的折射率，n＝1.76，和费涅尔表面反射率公式，在不加任何液态匹配物质时，假设光线的入射角为零度(或者仅考虑入射角为零的部分)，从钛宝石晶体表面入射到空气时的反射率为：7.6％。采用溴代萘液态匹配物质以后，从钛宝石晶体到液态匹配物质的反射率为：0.026％，与不加液态匹配物质相比，反射率下降了两个数量级，所以根据上述计算，加入碳粉后，该液体可以用于抑制大尺寸钛宝石放大器的寄生振荡。
所述的二碘甲烷，英文名：Methylene iodide，化学分子式：CH2I2，为无色澄清液体，折射率：1.7320。采用二碘甲烷作为液态匹配物质以后，入射角为零度的光线从钛宝石晶体到液态匹配物质的反射率为：0.007％，所以采用上述配制方法和装置也同样可以用来抑制钛宝石放大器的寄生振荡。
本发明采用一种与钛宝石晶体折射率匹配的液态匹配物质，使钛宝石晶体被抽运出现布居数反转后所产生的自发辐射，在钛宝石晶体的界面上不被散射或反射进晶体内，而是折射进匹配的液体中。液态匹配物质内以适当比例均匀掺杂了碳粉，来完全吸收射进液态匹配物质的辐射。因此，大尺寸钛宝石晶体放大器中高量级抽运情况下，寄生振荡受到有效抑制，从而大大地提高钛宝石激光放大器的放大效率。
与先技术相比，本发明具有以下显著特点：
1、液态匹配物质一直处于液态，不需要任何控温设施，室温下可以完成全部操作，非常简便。此外，对漂白的液态匹配物质或老化的密封橡胶圈都容易更换，所述的液态匹配物质对晶体没有损伤作用，提高了系统的安全性。。
2、液态匹配物质跟晶体的侧面不容易形成气泡，在保证抑制寄生振荡效果的同时，降低了对晶体侧面的抛光要求，对钛宝石晶体侧面抛光没有特别要求，从而可降低成本，又提高效率。
3、选用的液态匹配物质价格低廉，如溴代萘，国产产品就可完全满足要求，容易购买，节约时间，降低成本。
附图说明
图1是本发明抑制大尺寸钛宝石放大器寄生振荡装置的立体分解图。
具体实施方式
先请参阅图1，由图可见，本发明抑制钛宝石放大器寄生振荡的装置，特征在于其包括一供安装钛宝石晶体4的壳形支架3，该壳形支架3的两端都设有螺钉孔，该壳形支架3的两端各有一O型密封圈2，在该O型密封圈2之外各有一圆环形压圈1，所述的圆环形压圈1与所述的壳形支架3的对应位置设有螺钉孔，通过螺钉5或6深入螺钉孔将所述的圆环形压圈1、O型密封圈2与所述的壳形支架3连接在一起，形成一密封结构，所述的壳形支架3上有滴液孔7和气孔8，所采用的液态匹配物质为溴代萘，或二碘甲烷和碳粉的混合溶液。述的壳形支架3具有圆筒形结构，相应的圆环形压圈1和O型密封圈2也是圆形的。所述的壳形支架3的滴液孔7和气孔8分别设有堵头。
所述的抑制钛宝石放大器寄生振荡装置的使用方法，包括下列步骤：
第一步，将所述的O型密封圈2放入壳体支架3左侧的环形压圈1的凹槽中，用螺钉6将环形压圈1与壳体支架3固定，再将钛宝石晶体4放在该O型密封圈2的上面，所选择的O型密封圈2的外径与钛宝石晶体4的外径相同，壳体支架3的长度与钛宝石晶体4的长度相匹配；
第二步，将另一相同的O型密封圈2放在该钛宝石晶体4的另一端，使O型密封圈2的外径正对钛宝石晶体4的外径，然后将右侧的环形压圈1的凹槽对准该O型密封圈2，使该右侧的环形压圈1的螺孔对准所述的壳体支架3的螺孔，用螺钉5固定，保证晶体侧面与壳体支架3之间的空隙有良好的密封性；
第三步，用滴管将所述的液态匹配物质从滴液孔5中灌入钛宝石晶体4和壳体支架3的空隙中，由于液态匹配物质与晶体的折射率接近，从晶体正面就可看到侧面液态匹配物质的高度和液体与晶体的接触面，在液体滴入间隙，轻微晃动壳体支架3，避免晶体表明与液态匹配物质之间存在气泡，液态匹配物质加满后，用堵头封闭滴液孔7和气孔8。
所述的液态匹配物质是溴代萘与碳粉的混合溶液。
所述的液态匹配物质的制备方法是在常温下，将适量的溴代萘倒入玻璃器皿中，然后逐渐加入碳粉，所述的碳粉与溴代萘的重量比为1:5—1:8，加碳粉时不断搅拌溶液，使碳粉均匀地溶于液体中。
本发明抑制钛宝石放大器寄生振荡装置，工作一段时间(三月左右)后，液态匹配物质中的碳粉会被逐渐漂白，放大器的增益会有所下降，可以根据放大效率判断液态匹配物质的状况，这时，打开密封的滴液孔和气孔，将液态匹配物质倒出，重复上述步骤，重新配制液态匹配物质，并注入支架和晶体的夹层中。整个过程步骤简单，容易操作，安全性高。在晶体滴入和析出的过程中，最好将晶体表面用镜头纸或塑料盖封闭，万一不慎将液体滴到晶体表明，即时擦掉，不会对晶体膜层造成破坏。
本发明应用于大口径(Φ80)钛宝石放大实验中，实验结果证明，本发明在大尺寸钛宝石放大器中可以有效抑制寄生振荡，提高放大器效率，与先技术比，具有操作简单、方便和安全等优点。
此外，利用二碘甲烷也作了实验，二碘甲烷，英文名：Methyleneiodide，化学分子式：CH2I2，为无色澄清液体，折射率：1.7320。采用二碘甲烷作为液态匹配物质以后，入射角为零度的光线从钛宝石晶体到液态匹配物质的反射率为：0.007％，所以采用上述配制方法和晶体密封装置也同样可以用来抑制钛宝石放大器的寄生振荡。
Claims (3)
1.一种抑制钛宝石放大器寄生振荡的方法，所采用的装置包括一供安装钛宝石晶体(4)的壳形支架(3)，该壳形支架(3)的两端都设有螺钉孔，该壳形支架(3)的两端各有一O型密封圈(2)和一环形压圈(1)，所述的环形压圈(1)与所述的壳形支架(3)的对应位置设有螺孔，通过螺钉(5、6)深入所述的螺孔将所述的环形压圈(1)、O型密封圈(2)与所述的壳形支架(3)连接在一起，形成密封结构，所述的壳形支架(3)的侧壁上有滴液孔(7)和气孔(8)，在所述的壳形支架(3)和钛宝石晶体(4)之间灌充液态匹配物质，所述的壳形支架(3)的滴液孔(7)和气孔(8)分别设有堵头，其特征在于该方法包括下列步骤：
第一步，将所述的O型密封圈(2)放入所述的壳形支架(3)左侧的环形压圈(1)的凹槽中，用所述的螺钉(6)将该环形压圈(1)与所述的壳形支架(3)固定，再将所述的钛宝石晶体(4)放在该O型密封圈(2)的上面，所选择的O型密封圈(2)的外径与所述的钛宝石晶体(4)的外径相同，所述的壳形支架(3)的长度与所述的钛宝石晶体(4)的长度相匹配；
第二步，将另一个相同的O型密封圈(2)放在该钛宝石晶体(4)的另一端，使该O型密封圈(2)的外径正对该钛宝石晶体(4)的外径，然后将右侧的环形压圈(1)的凹槽对准该O型密封圈(2)，使该右侧的环形压圈(1)的螺孔对准所述的壳形支架(3)的螺孔，用所述的螺钉(5)固定，保证晶体侧面与所述的壳形支架(3)之间的空隙有良好的密封性；
第三步，用滴管将所述的液态匹配物质从所述的滴液孔(7)中灌入钛宝石晶体(4)和壳形支架(3)之间的空隙中，由于液态匹配物质与晶体的折射率接近，从晶体正面就可看到侧面液态匹配物质的高度和液体与晶体的接触面，在液体滴入所述的空隙时，轻微晃动所述的壳形支架(3)，避免晶体表面与液态匹配物质之间存在气泡，液态匹配物质加满后，用所述的堵头封闭所述的滴液孔(7)和气孔(8)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的液态匹配物质是溴代萘与碳粉的混合溶液，或二碘甲烷与碳粉的混合溶液。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的液态匹配物质的制备方法是在常温下，将适量的溴代萘或二碘甲烷倒入玻璃器皿中，然后逐渐加入碳粉，所述的碳粉与溴代萘，或碳粉与二碘甲烷的重量比为1:5—1:8，加碳粉时不断搅拌溶液，使碳粉均匀地溶于液剂中。
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Also Published As
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