CN102148473A - 一种能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器。所述放大器包括泵浦系统，增益介质及加持结构件，所述的放大器中的增益介质侧边为棱形，棱形的角度为5o至30o，在棱形外包覆有包边物质，包边物质的选择范围广；本发明的固体激光放大器能有效抑制寄生振荡，放大器的结构简单、性能稳定、易于制作。
Description
技术领域
本发明属于激光放大器技术领域，具体涉及一种能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器。
背景技术
激光自从被发明以来，已经在科学和工业各个领域得到广泛应用。其中一个重要方面的应用是作为惯性约束聚变（ICF）和惯性聚变能（IFE）的驱动器以及提供极端的物质条件。在此类应用中要求激光束具有非常高的能量或者极高峰值功率，因此激光装置中放大器需要有较高的增益。然而高增益固体激光放大器中自发辐射经增益介质侧边反射容易形成寄生振荡，严重地消耗了增益介质的储能，引起总体效率的降低。
目前抑制寄生振荡的方法主要为包边法。就是在增益介质的侧边包边折射率匹配的吸收物质，利用折射率的匹配将自发辐射光引入包边物质，然后吸收掉，减弱自发辐射光束在侧边的反射，从而达到抑制寄生振荡的目的。折射率匹配是抑制寄生振荡的关键，为了能够较好地抑制寄生振荡需要非常高的包边物质与增益介质折射率匹配水平。较高的折射率匹配要求严重限制了包边物质的选择，从而引起热畸变等一些问题。
还有一种方法是将相对的两个侧边加工成具有一定的微小倾斜角度或者是将侧边加工成布儒斯特角，使自发辐射光束不能在增益介质侧边之间不能形成回路。这种方法也能够在一定程度上防止寄生振荡的产生。实际科研和工程中通常将以上两种方法结合起来使用。
还有另外一种方法是将增益介质侧面做成凹面，由于光束经过凹面的增益介质传输放大之后光束质量会遭到很大的破坏，实际试验和工程中这种方法没有被采用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器。
本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器，包括泵浦系统，增益介质及加持结构件，其特点是增益介质侧边为棱形，棱形的角度为5o至30o，在棱形外包覆有包边物质。
本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器增益介质的棱形为锯齿状。
本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器增益介质的棱形为锥角。
本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器增益介质的包边物质为为铜玻璃、石墨、含碳热熔树脂中的一种。
本发明将增益介质侧边加工成棱角，然后根据需要在棱角外包边吸收物质或者不包边任何物质。使自发辐射光束传输至侧边时在棱角中被多次反射，每次反射都要损失一部分能量，最终反射回来光束的能量处于非常低的水平，并且传输方向与入射时的方向有一定的夹角。从而有效防止寄生振荡的产生。
从棱角中最终反射回来光束的能量与入射光束能量之比成为剩余反射率。通过计算表明，棱角顶角小于30o时剩余反射率较小，能够比较有效地抑制寄生振荡。棱角顶角越小剩余反射率越小，对寄生振荡的抑制效果也越好。但是对于具有非常小棱角的增益介质，加工起来比较困难，而且不便于装夹。一般取棱角在5o至30o之间。
本发明由于利用多次反射降低最终反射光束能量，与普通包边的一次反射相比剩余反射率大大降低了。对于相同的剩余反射率要求，将侧边做成棱角对折射率匹配水平的要求降低了，从而扩大了包边物质的选择范围，可以选择热导率、热致畸变、粘粘性等方面性能较好的物质。将增益介质侧边加工成棱角，由于最终反射回来的光线与入射光线有一定的夹角，在降低剩余反射能量的同时防止了反射回路的产生。将增益介质侧边加工成棱角，与普通包边相比结构简单、容易实现、性能稳定等优点。
附图说明
图1是本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器中的增益介质实施例1的结构示意图。
图2是本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器中的增益介质实施例2的结构示意图。
图3是本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器中的增益介质实施例3的结构示意图。
图4是本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器中的增益介质实施例4的结构示意图。
图5是本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器中的增益介质的棱角中光线轨迹图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器中的增益介质实施例1的结构示意图。本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器的圆盘状增益介质侧边被加工成单一棱角，棱角角度为30o。在棱形外包覆有包边物质铜玻璃。增益介质材料为N31磷酸盐钕玻璃，由加持结构件固定，泵浦源为二极管激光器。
图2是本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器中的增益介质实施例2的结构示意图。本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器的圆盘状增益介质侧边被加工成多个棱角，成锯齿状，棱角角度为20o，在棱形外包覆有包边物质石墨。增益介质材料为N31磷酸盐钕玻璃，由加持结构件固定，泵浦源为二极管激光器。
图3是本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器中的增益介质实施例1的结构示意图。本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器的板条状增益介质侧边被加工成单一棱角，棱角角度为10o，在棱形外包覆有包边物质含碳热熔树脂。增益介质材料为N31磷酸盐钕玻璃，由加持结构件固定，泵浦源为二极管激光器。
图4是本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器中的增益介质实施例2的结构示意图。本发明的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器的板条状增益介质侧边被加工成多个棱角，成锯齿状，每个棱角的角度为15 o，在棱形外包覆有包边物质铜玻璃。增益介质材料为N31磷酸盐钕玻璃，由加持结构件固定，泵浦源为二极管激光器。
图5是对于顶角为30o的单个棱角，自发辐射光束垂直入射时其光线轨迹图。光线在棱角反射了6次，然后最终反射回增益介质中间区域。
自发辐射光束从棱角的底面传输进棱角，光束传输至棱角的一个侧面被反射，一部分能量投射出去，另一部分能量被反射，光束在棱角中继续传播。光束在棱角中再次传输至棱角侧面被反射，又损失一部分能量。然后继续在棱角中传播，在棱角中被反射若干次每次都损失一部分能量。光束最终从棱角中经过棱角底面以一定角度传输出去，绝大部分能量被透射出去，与入射光相比最终反射光的能量很小。并且除一些特殊入射角度外，最终反射光与入射光方向有一定的夹角。反射回来的自发辐射光束再次进入增益介质传输放大。由于能量很小，只有非常高的增益才能保证自发辐射光能在增益介质中传输，否则将会被消耗掉。也即阈值提高到了非常高的水平。并且由于每次从棱角反射之后在增益介质中的传输路径改变了，也即振荡回路不能形成。从而寄生振荡得到了抑制。
将增益介质侧边加工成棱角抑制寄生振荡主要的机理是棱角的构型使自发辐射光束在其中要经历多次反射，每次反射都要透射损失部分能量。剩余反射率是自发辐射光在所有反射点的反射率的乘积。
包边物质折射率与增益介质折射率相差较大的情况下，剩余反射率被控制在非常低的水平，从而较大提高了寄生振荡的阈值，对寄生振荡起到较好的抑制作用。
分析计算表明，剩余反射率主要由入射方向、棱角的角度、包边物质折射率和包边物质吸收能力决定。泵浦光分布和棱角的缩放以及棱角底边长宽比例对剩余反射率的影响比较微小。入射方向越接近垂直入射方向，棱角的角度越小，折射率越匹配，包边物质的吸收能力越大，剩余反射率越小。由于剩余反射率是各次反射的反射率的乘积，因此它的值很小。要达到一般要求的剩余反射率的程度，对棱角角度、折射率匹配和包边物质的吸收能力要求并不高。与普通包边相比，扩大了对包边物质的选择范围，可选择热膨胀系数、化学稳定性较为优良的物质进行包边。
Claims (4)
1.一种能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器，包括泵浦系统，增益介质及加持结构件，其特征在于：所述的放大器中的增益介质侧边为棱形，棱形的角度为5o至30o，在棱形外包覆有包边物质。
2.根据权利要求1所述的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器，其特征在于：所述的棱形为锯齿状。
3.根据权利要求1所述的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器，其特征在于：所述的棱形为锥角。
4.根据权利要求1所述的能有效抑制寄生振荡的固体激光放大器，其特征在于：所述的包边物质为铜玻璃、石墨、含碳热熔树脂。
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