CN104485575A - 一种单光束圆偏振匀滑系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高功率激光偏振匀滑领域，尤其涉及一种单光束圆偏振匀滑系统，包括：一对1/4波片，所述一对1/4波片拼接设置，且所述一对1/4波片的晶轴以拼接线为对称轴呈轴对称；激光光源，其设置在所述一对1/4波片的入射光方向上，且所述激光光源发射的入射激光的偏振方向与所述一对1/4波片的拼接方向平行；聚焦透镜，其设置在所述一对1/4波片的出射光方向上；其中，所述激光光源发射的入射激光穿过所述一对1/4波片转化成左旋圆偏振激光和右旋圆偏振激光后再经所述聚焦透镜聚焦后射出。本发明提供了一种既能够实现单光束圆偏振匀滑，又能够明显抑制非线性效应的单光束圆偏振匀滑系统。
Description
技术领域
本发明涉及高功率激光偏振匀滑领域，尤其涉及一种单光束圆偏振匀滑系统。
背景技术
高功率激光是研究高能密度物理一种重要的驱动手段，为了抑制激光驱动过程中激光等离子体不稳定(Laser Plasma Instability,LPI)的问题，除了需要将常用的钕玻璃近红外激光进行频率转换，变成波长更短的三倍频紫外激光外，还需要采用一些时间和空间的束匀滑手段改善三倍频焦斑的空间特性，其中偏振匀滑是一种非常有效的技术手段，它通过在焦斑位置非相干叠加两束相同能量的偏振激光实现焦斑的瞬态匀滑。目前针对单光束偏振匀滑的技术主要包括用于紫外平行光段的楔形KDP波片，或者用于紫外会聚光段的近Z切割KDP波片，它们产生两束正交偏振且同轴传输的全口径线偏振激光，然后通过聚焦透镜聚焦到一起，它们存在的问题是紫外光学元件损伤较为严重，特别是TSRS、TSBS、自聚焦等紫外光学元件非线性效应引起的损伤。
发明内容
针对上述技术问题，本发明设计开发了一种单光束圆偏振匀滑系统，目的在于提供一种既能够实现单光束圆偏振匀滑，又能够明显抑制非线性效应的单光束圆偏振匀滑系统。
本发明提供的技术方案为：
一种单光束圆偏振匀滑系统，包括：
一对1/4波片，所述一对1/4波片拼接设置，且所述一对1/4波片的晶轴以拼接线为对称轴呈轴对称，以将线偏振激光转化为圆偏振激光；
激光光源，其设置在所述一对1/4波片的入射光方向上，且所述激光光源发射的入射激光的偏振方向与所述一对1/4波片的拼接方向平行，以将线偏振激光转化为圆偏振激光；
聚焦透镜，其设置在所述一对1/4波片的出射光方向上，以将两束圆偏振激光聚焦到一点；
其中，所述激光光源发射的入射激光穿过所述一对1/4波片转化成左旋圆偏振激光和右旋圆偏振激光后再经所述聚焦透镜聚焦后射出，由于左旋圆偏振激光和右旋圆偏振激光之间完全非相干叠加，所以在焦点位置能够实现理想的偏振匀滑。
优选的是，所述的单光束圆偏振匀滑系统中，所述激光光源与所述一对1/4波片之间还依次设置有二倍频晶体和三倍频晶体，所述三倍频晶体的e轴方向与所述一对1/4波片的拼接方向平行，从而将激光光源发射的入射激光转化为三倍频激光，实现三倍频激光的圆偏振匀滑。
优选的是，所述的单光束圆偏振匀滑系统中，所述聚焦透镜的一侧还设置有屏蔽片，聚焦后的圆偏振激光经所述屏蔽片射出，屏蔽片屏蔽出射激光打靶产生的碎片，对整个系统起到保护作用。
优选的是，所述的单光束圆偏振匀滑系统中，所述激光光源与所述二倍频晶体之间设置有真空窗口，所述激光光源发射的入射激光经所述真空窗口照射到所述二倍频晶体上。真空窗口密封激光打靶需要的高真空环境。
优选的是，所述的单光束圆偏振匀滑系统中，所述一对1/4波片的晶轴之间的夹角为90度，能够更好的将线偏振激光转化成两束正交的圆偏振激光，实现圆偏振匀滑。
优选的是，所述的单光束圆偏振匀滑系统中，所述激光光源发射的入射激光为钕玻璃近红外激光。
优选的是，所述的单光束圆偏振匀滑系统中，所述一对1/4波片为磷酸二氢钾晶体，它在垂直三倍频激光偏振方向有最强的横向受激拉曼散射TSRS增益，所述一对1/4波片拼接方向与最强增益方向垂直，所以横向增益路径缩短一半，TSRS增益指数也减小一半，所述一对1/4波片的TSRS效应被明显抑制。
优选的是，所述的单光束圆偏振匀滑系统中，所述聚焦透镜为熔石英玻璃，三倍频激光在聚焦透镜内是圆偏振激光传输，圆偏振激光传输能够减小聚焦透镜的横向受激布里渊散射TSBS增益系数2倍，TSBS增益指数也减小2倍，聚焦透镜的TSBS效应被明显抑制。同样，圆偏振激光传输能够减小聚焦透镜的非线性折射率系数1/3，自聚焦增益指数也减小1/3，聚焦透镜的自聚焦效应被明显抑制。
本发明所述的单光束圆偏振匀滑系统中，钕玻璃近红外激光(基频激光)通过所述真空窗口进入真空环境，所述二倍频晶体将基频激光按一定比例倍频得到二倍频激光，所述三倍频晶体高效和频未转化的基频激光与二倍频激光得到三倍频激光，三倍频激光经过所述一对1/4波片转化为左旋圆偏振激光和右旋圆偏振激光，并经所述聚焦透镜聚焦后打靶。由于所述一对1/4波片的晶轴以拼接线为对称轴呈轴对称，且三倍频激光的偏振方向与所述一对1/4波片的拼接方向平行，因此实现了三倍频激光的圆偏振转化和圆偏振匀滑，并很好地抑制了系统的非线性效应，增大了输出能力。
附图说明
图1是本发明所述的一对1/4波片的拼接示意图；
图2是本发明所述的单光束圆偏振匀滑系统的示意图；
图3是本发明所述的单光束圆偏振匀滑系统的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1～3所示，本发明提供一种单光束圆偏振匀滑系统，包括：
一对1/4波片1，所述一对1/4波片拼接设置，一对1/4波片之间的间距越小，占用光束面积越小，且所述一对1/4波片的晶轴2以拼接线为对称轴呈轴对称，晶轴之间的夹角为90度，一束线偏振激光经过一对1/4波片转化成两束圆偏振激光。
激光光源，其设置在所述一对1/4波片的入射光方向上，且所述激光光源发射的入射激光3的偏振方向与所述一对1/4波片的拼接方向平行，所述激光光源发射的入射激光为钕玻璃近红外激光。
聚焦透镜4，其设置在所述一对1/4波片的出射光方向上，经过一对1/4波片的三倍频激光5转化为左旋圆偏振激光6和右旋圆偏振激光7后，由于左旋圆偏振激光和右旋圆偏振激光之间完全非相干叠加，所以在聚焦透镜的焦点位置能够实现理想的偏振匀滑，焦斑非均匀性减小倍。
所述激光光源发射的钕玻璃近红外激光(基频激光)通过真空窗口8进入真空环境，二倍频晶体9将基频激光按一定比例倍频得到二倍频激光，三倍频晶体10高效和频未转化的基频激光与二倍频激光得到三倍频激光，三倍频激光经过所述一对1/4波片转化为左旋圆偏振激光和右旋圆偏振激光，并经所述聚焦透镜聚焦后打靶。
由于三倍频激光波长短，所述一对1/4波片可能存在严重的横向受激拉曼散射TSRS非线性效应，所述聚焦透镜可能存在严重的横向受激布里渊散射TSBS和自聚焦非线性效应，TSRS、TSBS和自聚焦等非线性效应的增益倍数与exp(gIL)成正比，gIL为增益指数。对于一对1/4波片的TSRS效应来说，g表示TSRS增益系数，I表示三倍频激光强度，L表示横向增益路径长度；对于聚焦透镜的TSBS效应来说，g表示TSBS增益系数，I表示三倍频激光强度，L表示横向增益路径长度；对于聚焦透镜的自聚焦效应来说，g与非线性折射率系数成比例，I表示三倍频激光强度，L表示聚焦透镜的厚度。
所述激光光源与所述一对1/4波片之间还依次设置有二倍频晶体和三倍频晶体，钕玻璃近红外激光(基频激光)依次经过二倍频晶体和三倍频晶体得到三倍频激光，三倍频晶体的e轴方向与所述一对1/4波片的拼接方向平行。由于所述一对1/4波片口径较大，一般使用磷酸二氢钾晶体材料(KDP)，它在垂直三倍频激光偏振方向有最强的TSRS增益，所述一对1/4波片拼接方向与最强增益方向垂直，所以横向增益路径缩短一半，TSRS增益指数也减小一半，所述一对1/4波片的TSRS效应被明显抑制。
三倍频激光经过所述一对1/4波片后转化为左旋圆偏振激光和右旋圆偏振激光，并被所述聚焦透镜聚焦，聚焦透镜为熔石英玻璃。三倍频激光在聚焦透镜内是圆偏振激光传输，圆偏振激光传输能够减小聚焦透镜的TSBS增益系数2倍，TSBS增益指数也减小2倍，聚焦透镜的TSBS效应被明显抑制。同样，圆偏振激光传输能够减小聚焦透镜的非线性折射率系数1/3，自聚焦增益指数也减小1/3，聚焦透镜的自聚焦效应被明显抑制。
所述的单光束圆偏振匀滑系统中，所述聚焦透镜的一侧还设置有屏蔽片11，聚焦后的圆偏振激光经所述屏蔽片射出。
所述的单光束圆偏振匀滑系统中，所述激光光源与所述二倍频晶体之间设置有真空窗口，所述激光光源发射的入射激光经所述真空窗口照射到所述二倍频晶体上。真空窗口密封激光打靶需要的高真空环境。
虽然采用拼接设置会减小光束面积(大约几个百分点)，从而部分减少三倍频激光能量，但是上述非线性效应的明显抑制(至少1/3)则允许提高激光强度，所以总体而言，三倍频激光能量不会减少，还可以增加。
如果所述激光光源本身就是阵列化的，例如由四束激光组成2×2阵列，则不需要采用拼接设置，直接用四块完整的1/4波片替换，并将它们分成两组共轭放置，则阵列叠加焦斑同样可以实现圆偏振匀滑，抑制非线性效应。
本发明采用的技术方案通过一对1/4波片分别将对应一半口径的光束，由线偏振激光转换成左旋圆偏振激光和右旋圆偏振激光，然后被聚焦透镜聚焦到一点，由于左旋圆偏振激光和右旋圆偏振激光之间完全非相干叠加，所以在焦点位置能够实现理想的偏振匀滑。同时由于采用了拼接设置和圆偏振激光传输，所以能够明显地抑制三倍频元件的TSRS、TSBS、自聚焦等非线性效应，这有利于改善系统的损伤情况，增大输出能力。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种单光束圆偏振匀滑系统，其特征在于，包括：
一对1/4波片，所述一对1/4波片拼接设置，且所述一对1/4波片的晶轴以拼接线为对称轴呈轴对称；
激光光源，其设置在所述一对1/4波片的入射光方向上，且所述激光光源发射的入射激光的偏振方向与所述一对1/4波片的拼接方向平行；
聚焦透镜，其设置在所述一对1/4波片的出射光方向上；
其中，所述激光光源发射的入射激光穿过所述一对1/4波片转化成左旋圆偏振激光和右旋圆偏振激光后再经所述聚焦透镜聚焦后射出。
2.如权利要求1所述的单光束圆偏振匀滑系统，其特征在于，所述激光光源与所述一对1/4波片之间还依次设置有二倍频晶体和三倍频晶体，所述三倍频晶体的e轴方向与所述一对1/4波片的拼接方向平行。
3.如权利要求2所述的单光束圆偏振匀滑系统，其特征在于，所述聚焦透镜的一侧还设置有屏蔽片，聚焦后的圆偏振激光经所述屏蔽片射出。
4.如权利要求3所述的单光束圆偏振匀滑系统，其特征在于，所述激光光源与所述二倍频晶体之间设置有真空窗口，所述激光光源发射的入射激光经所述真空窗口照射到所述二倍频晶体上。
5.如权利要求1所述的单光束圆偏振匀滑系统，其特征在于，所述一对1/4波片的晶轴之间的夹角为90度。
6.如权利要求1所述的单光束圆偏振匀滑系统，其特征在于，所述激光光源发射的入射激光为钕玻璃近红外激光。
7.如权利要求1所述的单光束圆偏振匀滑系统，其特征在于，所述一对1/4波片为磷酸二氢钾晶体。
8.如权利要求1所述的单光束圆偏振匀滑系统，其特征在于，所述聚焦透镜为熔石英玻璃。
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2015
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