CN103094821A - 激光放大用类再生放大系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光放大用类再生放大系统。所述的放大系统包括依次连接的光斑整形部分、双程导入导出部分和循环放大部分；光斑整形部分用于将光束近场整形为所需形状；双程导入导出部分用于实现光束注入至循环放大部分和实现从循环放大部分输出光束与注入光束的分离；循环放大部分用于对整形光束进行任意多次保形传输放大。本发明能基于大口径低增益放大器，实现整形光束的任意多次保形放大，能同时实现高增益放大和大能量输出，应用于复杂激光装置中，可大大简化装置结构。

Description

激光放大用类再生放大系统

技术领域

本发明属于激光放大装置技术领域，具体涉及一种激光放大用类再生放大系统。采用本发明能对整形光束实现任意多次保形放大，能同时实现高增益放大和大能量输出。

背景技术

激光技术中，再生放大系统作为一种能实现高增益放大的技术方案，已获得广泛应用。但再生放大系统是一种谐振腔结构，由于受模式体积的限制，再生放大系统的最大输出能量局限在毫焦耳量级。而且该种放大系统中由于存在模式成形过程，输出的光斑分布由自身结构决定，不能对注入光进行保形传输放大。而在很多应用场合中，如ICF(Inertial Confinement Fusion)激光驱动器前级放大系统中，为了与后级放大系统相匹配，需要对光束进行高增益保形放大，且需实现大能量输出。因而需要对再生放大系统进行扩展性应用研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种激光放大用类再生放大系统。

本发明的激光放大用类再生放大系统，其特点是：所述的放大系统包括依次连接的光斑整形部分、双程导入导出部分和循环放大部分；光斑整形部分用于将光束近场整形为所需形状；双程导入导出部分用于实现光束注入至循环放大部分和实现从循环放大部分输出光束与注入光束的分离；循环放大部分用于对整形光束进行任意多次保形传输放大。

本发明中的光斑整形部分采用整形光阑，整形光阑将系统注入光进行近场整形，形成所需要的光斑形状。

本发明中的双程导入导出部分包括依次连接的第一反射镜、第一薄膜偏振片、法拉第旋光器、λ/2波片。

本发明中的循环放大部分包括第二薄膜偏振片、第一透镜、第二透镜、第二反射镜和第三反射镜、λ/4波片、电光开关、第一增益介质、第四反射镜、第二增益介质；第二薄膜偏振片将光束导入，第一透镜和第二透镜组成完全成像组件，第一透镜和第二透镜焦距相同且共焦放置；穿过第一透镜和第二透镜的光束由第二反射镜和第三反射镜反射至λ/波片；λ/波片、电光开关和第二薄膜偏振片共同作用实现光束在循环放大部分的注入、循环和导出；光束进入后表面镀有高反射膜的第一增益介质进行放大并被反射返回；当光束再次达到第二薄膜偏振片时被反射至第四反射镜，光束接着被反射至后表面镀有高反射膜的第二增益介质，被进一步放大并反射回原光路。

所述整形后的光斑形状为圆形、方形或其它特殊形状。

所述增益介质的截面形状为圆形、方形或其它特殊形状，材料为激光晶体、激光玻璃介质、激光塑料介质或激光陶瓷介质。

本发明的激光放大用类再生放大系统中对激光进行放大的增益介质为大口径介质，能对特定形状的大口径光束进行放大；循环放大部分内部存在完全成像传输单元，能对大口径注入光的进行任意多次保形传输放大，最终实现高增益放大和较大能量输出，最大可为数焦耳甚至更大；这种放大系统中增益介质放置在完全成像传输单元的物面或像面位置，在这些位置处，光束近场调制小，能对光进行均匀放大。

本发明的激光放大用类再生放大系统适用于多种高能量激光系统，能对光束进行任意多次放大，能对增益介质中的储能进行充分提取。相对于通常的MOPA放大系统，可使系统成本大大降低。

附图说明

图1是本发明的实施例的光路示意图；

图中，1.整形光阑    2.第一反射镜     3.第一薄膜偏振片     4.法拉第旋光器     5. λ/2波片     6.第二薄膜偏振片     7.第一透镜     8.第二透镜     9.第二反射镜     10.第三反射镜     11. λ/2波片     12.电光开关     13.第一增益介质     14.第四反射镜     15.第二增益介质。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

图1是本发明的实施例的光路示意图。如图1所示，本发明的激光放大用类再生放大系统包括光斑整形部分、双程导入导出部分、直线形循环放大部分。

光斑整形部分采用整形光阑1，整形光阑1将系统注入光进行近场整形，形成所需要的光斑形状。

双程导入导出部分包括依次连接的第一反射镜2、第一薄膜偏振片3、法拉第旋光器4、λ/2波片5。

循环放大部分包括第二薄膜偏振片6、第一透镜7、第二透镜8、第二反射镜9和第三反射镜10、λ/4波片11、电光开关12、第一增益介质13、第四反射镜14、第二增益介质15。

系统注入光为水平偏振态，注入光由整形光阑1进行近场整形，整形出所需要的光斑分布，如方形、圆形等，光束随后进入由第一反射镜2、第一薄膜偏振片3、法拉第旋光器4、λ/2波片5组成的双程导入导出光路，该部分光路能实现注入光和输出光的分离，光束经过法拉第旋光器4后偏振方向旋转45度，后由λ/2波片5转回来，依旧保持水平偏振态。水平偏振态的光束接着由第二薄膜偏振片6导入至循环放大部分内，循环放大部分内包括第一透镜7和第二透镜8组成的完全成像组件，第一透镜7和第二透镜8焦距相同且共焦放置。穿过第一透镜7和第二透镜8的光束由第二反射镜9和第三反射镜10反射至λ/4波片11，λ/4波片11、电光开关12、第二薄膜偏振片6共同作用实现光束在循环腔内的注入、腔内循环和导出。光束接下来由后表面镀有高反射膜的第一增益介质13进行放大并反射返回。光束导入阶段，电光开关12上不加高压，光束往返两次通过λ/4波片11和电光开关12后偏振态旋转90度；当光束再次返回至第二薄膜偏振片6时，由于偏振态已转为竖直偏振态，被第二薄膜偏振片6反射至反射镜14。光束接着被反射至后表面镀有高反射膜的增益介质15，被进一步放大并反射回原光路。当光束第二次离开电光开关12后，开关上会立即加上λ/4电压，此时电光开关12和λ/4波片11构成一个λ/2波片，光束来回两次通过这两个元件后偏振态将不变，这样光束再次双程通过电光开关12和λ/4波片11时，偏振方向将保持不变，就可以在腔内循环任意多次直到能量放大到所需要的大小时。当需要将光导出时，电光开关12上的高压退掉，光束再往返两次通过λ/4波片11和电光开关12后偏振态再次旋转90度后经第二薄膜偏振片6透射导出。光束经过λ/2波片5后偏振态旋转45度，紧接着经过法拉第旋光器4，偏振态继续旋转45度而成为竖直偏振态，后由第一薄膜偏振片3反射而输出。表面镀有高反射膜的第一增益介质13和第二增益介质15分别放置在第一透镜8和第二透镜7的焦点上，互为物象关系，整形光阑1与第一透镜7之间的距离为第一透镜7的焦距，是整个系统的物面。这样的物象关系排布，可实现光束在类再生放大系统内的完全成像传输，从而可真正做到保形传输放大而最终实现光束的高质量输出。

上述的实施例只是包含一个4F透镜组组成的完全成像系统的直线形类再生放大系统的结构及工作原理，并没有描述所有的可能。实际上，类再生放大系统还可以采用环形结构，可包含大于1个的4F透镜组件实现腔的完全像传递，增益介质也可采用透过工作方式。这些也是本发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种激光放大用类再生放大系统，其特征在于：所述的放大系统包括依次连接的光斑整形部分、双程导入导出部分和循环放大部分；光斑整形部分用于将光束近场整形为所需形状；双程导入导出部分用于实现光束注入至循环放大部分和实现从循环放大部分输出光束与注入光束的分离；循环放大部分用于对整形光束进行任意多次保形传输放大。

2.根据权利要求1所述的激光放大用类再生放大系统，其特征在于：所述的光斑整形部分采用整形光阑（1），整形光阑（1）将系统注入光进行近场整形，形成所需要的光斑形状。

3.根据权利要求1所述的激光放大用类再生放大系统，其特征在于：所述的双程导入导出部分包括依次连接的第一反射镜（2）、第一薄膜偏振片(3)、法拉第旋光器(4)、λ/2波片(5)。

4.根据权利要求1所述的激光放大用类再生放大系统，其特征在于：所述的循环放大部分包括第二薄膜偏振片(6)、第一透镜（7）、第二透镜（8）、第二反射镜（9）和第三反射镜（10）、λ/4波片（11）、电光开关（12）、第一增益介质（13）、第四反射镜（14）、第二增益介质（15）；第二薄膜偏振片(6)将光束导入，第一透镜（7）和第二透镜（8）组成完全成像组件，第一透镜（7）和第二透镜（8）焦距相同且共焦放置；穿过第一透镜（7）和第二透镜（8）的光束由第二反射镜（9）和第三反射镜（10）反射至λ/4波片（11）；λ/4波片（11）、电光开关（12）和第二薄膜偏振片（6）共同作用实现光束在循环放大部分的注入、循环和导出；光束进入后表面镀有高反射膜的第一增益介质（13）进行放大并被反射返回；当光束再次达到第二薄膜偏振片（6）时被反射至第四反射镜（14），光束接着被反射至后表面镀有高反射膜的第二增益介质（15），被进一步放大并被反射回原光路。

Images