CN104269733B - 一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池 - Google Patents

Abstract

一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池，涉及介质池领域。解决了现有介质池存在的满足两个角度的光束入射和出射困难、调整两光束在介质池内良好的交叉重叠困难和抽运光利用效率不高的问题。所述介质池为内部中空的长方体结构，且第一侧面与第二侧面均为全反射面，该长方体的四个棱均加工为平面，分别作为抽运光注入窗口、抽运光/种子光出射窗口、种子光注入窗口和种子光/抽运光出射窗口，且抽运光注入窗口与抽运光/种子光出射窗口相互平行，种子光注入窗口与种子光/抽运光出射窗口相互平行。本发明适用于提高抽运光的利用效率。

Description

一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池

技术领域

本发明涉及介质池领域。

背景技术

基于受激布里渊散射的非共线串行组束，是一种具有高负载能力的激光合成技术以获取大能量、高功率激光输出。如图5所示，在基于非共线布里渊放大结构单元100的组束结构中，一束种子光束103通过非共线布里渊放大结构单元100、101和102先后与抽运光束104、107和110相互作用。在非共线布里渊放大结构单元100内，种子光束103与抽运光束104以一个固定的角度在介质池106内相互作用，完成抽运光束104对种子光束103的放大，放大后的种子光束103由非共线布里渊放大结构单元100输出，残余的抽运光束104进入光学陷阱105，角度大小由种子光束103及抽运光束104的光强、口径及介质池105的长度来决定。通过非共线布里渊放大结构单元100后放大的种子光束103进入下一个非共线布里渊放大结构单元101完成与第一束抽运光束104的作用。以此类推，到第n个非共线布里渊放大结构单元102中完成与第n束抽运光束110的作用后，输出激光为束激光的合成输出。这里的附图标记106、109和112为介质池，105、108和111为光学陷阱。

在非共线布里渊放大结构单元100中，所用的介质池106为圆柱形的结构，由于在组束应用中，需要对介质池106的入射和出射端镀增透膜，而所镀的增透膜都是有入射角度要求的，在种子光束103和抽运光束104角度较小时可以满足要求，而当种子光束103和抽运光束104角度比较大时，由于种子光束103在注入介质池106时为垂直入射，而抽运光束104在注入介质池106时为倾斜入射，此时介质池106的两个端面所镀的增透膜同时满足两个角度的光束入射和出射很困难，由于折射的原因，调整种子光束103和抽运光束104在介质池106内的良好交叉重叠也比较困难。另一方面，在传统结构的非共线布里渊放大介质池106中，种子光束103和抽运光束104仅一次作用，很难获取较高的能量提取效率，因此这种结构的介质池106不能完全满足要求。

发明内容

本发明为了解决现有激光串行组束中非共线结构介质池存在的满足两个角度的光束入射和出射困难、调整两光束在介质池内良好的交叉重叠困难和抽运光利用效率不高的问题，提出了一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池。

本发明所述的一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池为内部中空的长方体结构，且彼此相对的第一侧面与第二侧面均为全反射面，该长方体的四个棱均加工为平面，分别作为抽运光注入窗口、抽运光/种子光出射窗口、种子光注入窗口和种子光/抽运光出射窗口，且抽运光注入窗口与抽运光/种子光出射窗口相互平行，种子光注入窗口与种子光/抽运光出射窗口相互平行。

第一侧面与抽运光/种子光出射窗口和种子光注入窗口的夹角均为β，第四侧面与抽运光/种子光出射窗口和种子光/抽运光出射窗口的夹角均为α，且α+β＝270°。

种子光与抽运光在介质池内的夹角为γ，且γ＝2α-180°。

抽运光注入窗口、抽运光/种子光出射窗口、种子光注入窗口和种子光/抽运光出射窗口的口径均为H²，且H＝2D，D为种子光与抽运光的光斑口径。

第一侧面与第二侧面的垂直距离为L，且L＝H/sinα。

第三侧面和第四侧面的垂直距离为W，且W＝-2H·cosα-n·H/cosα，其中，n为大于或等于1的整数。

当n为奇数时，种子光沿种子光注入窗口中心垂直入射、沿抽运光/种子光出射窗口中心出射，抽运光沿抽运光注入窗口中心垂直入射、沿种子光/抽运光出射窗口中心出射。

当n为偶数时，种子光沿种子光注入窗口中心垂直入射、沿种子光/抽运光出射窗口中心出射，抽运光沿抽运光注入窗口中心垂直入射、沿抽运光/种子光出射窗口中心出射。

有益效果：本发明提出的二维波导型介质池能够使种子光和抽运光在注入介质池时都可以保持与注入窗口垂直；在介质池内种子光与抽运光光程相同，延时可控性好；利用全反射原理增加了种子光和抽运光在介质池中的交叉重叠次数，提高抽运光的利用率；介质池的口径与激光光束口径匹配，只要使种子光和抽运光垂直于注入面中心入射即可实现光束在介质池内的交叉重叠，与介质池的折射率无关，调节方便，大大提高了抽运光的利用率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为n为奇数时种子光与抽运光在本发明所述的介质池中传播示意图；

图4为n为偶数时种子光与抽运光在本发明所述的介质池中传播示意图；

图5为基于非共线布里渊放大结构单元的结构示意图；

图6为本发明的工作原理图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图2说明本具体实施方式，本具体实施方式所述的一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池为内部中空的长方体结构，且彼此相对的第一侧面1-4与第二侧面1-8均为全反射面，该长方体的四个棱均加工为平面，分别作为抽运光注入窗口1-1、抽运光/种子光出射窗口1-5、种子光注入窗口1-3和种子光/抽运光出射窗口1-7，且抽运光注入窗口1-1与抽运光/种子光出射窗口1-5相互平行，种子光注入窗口1-3与种子光/抽运光出射窗口1-7相互平行。

具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池的区别在于，第一侧面1-4与抽运光/种子光出射窗口1-5和种子光注入窗口1-3的夹角均为β，第四侧面1-6与抽运光/种子光出射窗口1-5和种子光/抽运光出射窗口1-7的夹角均为α，且α+β＝270°。

具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式二所述的一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池的区别在于，所述种子光与抽运光在介质池内的夹角为γ，且γ＝2α-180°。

具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式三所述的一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池的区别在于，抽运光注入窗口1-1、抽运光/种子光出射窗口1-5、种子光注入窗口1-3和种子光/抽运光出射窗口1-7的口径均为H²，且H＝2D，D为种子光与抽运光的光斑口径。

具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式四所述的一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池的区别在于，第一侧面1-4与第二侧面1-8的垂直距离为L，且L＝H/sinα。

具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式五所述的一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池的区别在于，第三侧面1-2和第四侧面1-6的垂直距离为W，且W＝-2H·cosα-n·H/cosα，其中，n为大于或等于1的整数，即种子光与抽运光的交叉重叠次数为n+1。

本实施方式中，通过对第三侧面1-2和第四侧面1-6的垂直距离的合理设置，使得种子光束与抽运光束的夹角适中，抽运效率高，光束的入射和出射更容易。

具体实施方式七、结合图3说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式六所述的一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池的区别在于，当n为奇数时，种子光沿种子光注入窗口1-3中心垂直入射、沿抽运光/种子光出射窗口1-5中心出射，抽运光沿抽运光注入窗口1-1中心垂直入射、沿种子光/抽运光出射窗口1-7中心出射。

具体实施方式八、结合图4说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式六所述的一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池的区别在于，当n为偶数时，种子光沿种子光注入窗口1-3中心垂直入射、沿种子光/抽运光出射窗口1-7中心出射，抽运光沿抽运光注入窗口1-1中心垂直入射、沿抽运光/种子光出射窗口1-5中心出射。

工作原理：如图6所示，种子光束201在串行组束结构单元200内通过介质池202与抽运光束203作用，种子光束201与抽运光束203在介质池内三次交叉重叠，以此类推，放大后的种子光束在串行组束结构单元205内继续作用，从而获得输出激光。在这种介质池结构中，种子光束和抽运光束在注入介质池时都通过与光束垂直的窗口注入，当注入窗口镀增透膜的情况下，可以大大降低损耗。

Claims (7)

1.一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池，其特征在于，所述二维波导型介质池为内部中空的长方体结构，且彼此相对的第一侧面(1-4)与第二侧面(1-8)均为全反射面，该长方体的四个棱均加工为平面，分别作为抽运光注入窗口(1-1)、抽运光/种子光出射窗口(1-5)、种子光注入窗口(1-3)和种子光/抽运光出射窗口(1-7)，且抽运光注入窗口(1-1)与抽运光/种子光出射窗口(1-5)相互平行，种子光注入窗口(1-3)与种子光/抽运光出射窗口(1-7)相互平行，抽运光注入窗口(1-1)、抽运光/种子光出射窗口(1-5)、种子光注入窗口(1-3)和种子光/抽运光出射窗口(1-7)的口径均为H²，且H＝2D，D为种子光与抽运光的光斑口径。

2.根据权利要求1所述的一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池，其特征在于，第一侧面(1-4)与抽运光/种子光出射窗口(1-5)和种子光注入窗口(1-3)的夹角均为β，第四侧面(1-6)与抽运光/种子光出射窗口(1-5)和种子光/抽运光出射窗口(1-7)的夹角均为α，且α+β＝270°。

3.根据权利要求2所述的一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池，其特征在于，所述种子光与抽运光在介质池内的夹角为γ，且γ＝2α-180°。

4.根据权利要求3所述的一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池，其特征在于，第一侧面(1-4)与第二侧面(1-8)的垂直距离为L，且L＝H/sinα。

5.根据权利要求4所述的一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池，其特征在于，第三侧面(1-2)和第四侧面(1-6)的垂直距离为W，且W＝-2H·cosα-n·H/cosα，其中，n为大于或等于1的整数。

6.根据权利要求5所述的一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池，其特征在于，当n为奇数时，种子光沿种子光注入窗口(1-3)中心垂直入射、沿抽运光/种子光出射窗口(1-5)中心出射，抽运光沿抽运光注入窗口(1-1)中心垂直入射、沿种子光/抽运光出射窗口(1-7)中心出射。

7.根据权利要求5所述的一种用于布里渊放大激光串行组束的二维波导型介质池，其特征在于，当n为偶数时，种子光沿种子光注入窗口(1-3)中心垂直入射、沿种子光/抽运光出射窗口(1-7)中心出射，抽运光沿抽运光注入窗口(1-1)中心垂直入射、沿抽运光/种子光出射窗口(1-5)中心出射。