CN105552707B - 基于激光晶体拼接的折转多通放大装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于激光晶体拼接的折转多通放大装置，该装置包括：拼接激光晶体放大器、带有镜架的第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜和可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜，其特点是，通过数对法线相互垂直放置的两个反射镜，将放大光斑的在空间上的分布在其折转方向上进行调换，通过数次折转放大后，光斑中不同部分依次通过各拼接后大晶体中的拼接小晶体，并通过可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜补偿因入射角不同引起的光程差异，以此补偿了因拼接激光晶体放大器各小拼接激光晶体的不均匀性。补偿了因不同通次的入射角度不同引起的光程差和面形误差，可以更好地保证光斑的时空特性。

Description

基于激光晶体拼接的折转多通放大装置
技术领域
本发明涉及激光放大装置，特别是一种基于激光晶体拼接的折转多通放大装置。
背景技术
近年来，随着对强场科学的不断深入发展，对超强超短激光能量和强度要求的不断提高，各种光放大装置得到长足的发展，在这种系统中激光晶体是核心的器件，要得到大能量高强度的激光脉冲往往需要大通光口径的激光晶体和较强的泵浦光。但大尺寸的激光晶体，和高能量密度的泵浦光会同时带来一些问题，其中包括激光晶体生长技术所限，无法得到足够大的激光晶体；还有由于晶体横向尺寸加大而引起激光晶体侧面之间的激光寄生振荡，寄生振荡的存在会很大程度的消耗激光晶体上能级的粒子数密度，从而使得系统对脉冲种子光的放大效率降低，使得输出能量不能满足需要,这已得到了科研人员的证明，见文献【Klaus Ertel,Chris Hooker,Steve J.Hawkes,etal,OPTICS EXPRESS,16,8049,(2008)】，因此为了得到更强的激光脉冲，就需要加大激光晶体的通光口径，同时限制寄生振荡的产生。激光晶体拼接技术是可以解决上述困难的一种方案，通过拼接小尺寸的激光晶体来得到更大口径的激光晶体，同时利用拼接技术的特点，寄生振荡可以得到有效的抑制。拼接装置中，小口径激光晶体通光长度的不同会带来放大脉冲空间上不同位置的光程差，这些光程差会带来对放大的激光脉冲在时域和空间分布上的影响，在时域上表现为脉宽加宽乃至分裂成时间维度上的前后两个脉冲，在空间上的表现为光斑在焦点处变大甚至分裂，这也正是激光组束技术所面临的关键问题之一【孙玲，赵鸿等，激光与红外，37，111(2007)】，通过本所述的一种基于激光晶体拼接技术的折转多通放大装置，使放大光斑每一部分依次通过不同的小拼接激光晶体，即同一部分的光斑数次通过拼接激光晶体后，将通过所有的拼接激光晶体，如图1所示，图中以4块激光晶体拼接成的放大器为例，采用四通放大方式，具体通数与结构有关，图中数字代表一个光斑的不同部分，可以看到经过四通放大，每部分光斑都经过了全部的四块拼接激光晶体。拼接也会不可避免产生接缝，接缝的存在也会对放大脉冲的光斑产生影响，放大光斑不能直接照射到接缝处，因为接缝处一般具有一定的填充物，大能量的激光光斑会破坏填充物，因此接缝的宽度直接决定入射光斑的角度，同时光斑本身也是具有与拼接激光晶体接缝形状相似的无光斑分布区域，这些无光斑分布的区域按照一定的角度入射可以避免上述问题的发生，如图2所示，同时放大光斑分布还与晶体接缝宽度，晶体长度有关，模拟技术结果如图3、图4所示。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于激光晶体拼接的折转多通放大装置，该装置使各部分放大光斑，依次通过所有的拼接小激光晶体，因此激光晶体的不均匀性，如晶体长度，角度错位等对放大光斑的影响被大幅的降低，通过可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜，补偿了因不同通次的入射角度不同引起的光程差和面形误差，可以更好的保证光斑的时空特性。
本发明的技术解决方案如下：
一种基于激光晶体拼接的折转多通放大装置，其特点在于该装置包括：拼接激光晶体放大器、带有镜架的第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜和可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜，所述的拼接激光晶体放大器，位于整个放大器的中心位置，放大光束从拼接激光晶体的通光面方向以一定角度入射，保证放大光斑内无光斑分布区域与拼接的激光晶体接缝具有较好的重合；所述的第一反射镜和第二反射镜位于所述的拼接激光晶体的一侧，组成第一折转反射器使入射光束与反射光束方向相反，光斑在折转方向上进行调换，所述的一定距离以不妨碍后续放大光路为准；所述的第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜处于所述的拼接激光晶体的另一侧，与第一反射镜和第二反射镜相对，所述的第七反射镜和第六反射镜位于第一反射镜和第二反射镜的同侧，所述的第三反射镜、第四反射镜组成第二折转反射器，所述的第七反射镜和第六反射镜组成第三折转反射器，所述的第五反射镜和可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜组成第四折转反射器，
沿入射光路方向依次是所述的拼接激光晶体放大器的第1区域、第一反射镜、第二反射镜、拼接激光晶体放大器的第2区域、第三反射镜、第四反射镜、拼接激光晶体放大器的第3区域、第七反射镜、第六反射镜、拼接激光晶体放大器的第4区域、可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜，最后由第五反射镜输出。
本发明通过对反射镜在空间上的摆放方式，通过数对法线相互垂直放置的两个反射镜，将放大光斑的在空间上的分布在其折转方向上进行调换，通过数次折转放大后，光斑依次通过各拼接后大晶体中的拼接小晶体，并通过可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜，补偿因入射角不同引起的光程差异，以此方法补偿各小拼接激光晶体的不均匀性。
本发明具有以下显著特点：
本发明采用多通放大，放大效率较高。
光束各部分放大光斑，依次通过所有的拼接小激光晶体，因此激光晶体的不均匀性，如晶体长度，角度错位等对放大光斑的影响被大幅的降低。
通过可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜，补偿了因不同通次的入射角度不同引起的光程差和面形误差，可以更好的保证光斑的时空特性。
本发明利用多通放大本身的光路来解决激光拼接晶体的不均匀性问题，不需要额外的器件，因此放大效率较高，可靠性和稳定性可以得到较好的保证。
附图说明
图1是以4通放大为例说明折转多通放大原理示意图，图中方形外框代表拼接后的激光晶体，数字代表放大光斑空间上各部分。
图2是本发明放大光斑的分布情况以及与拼接接缝的对应关系示意图，图中方形内部带十字线图形代表拼接后的激光晶体，圆形内部带有十字线的图形代表放大光斑。
图3是本发明放大光斑内无光斑分布区域的宽度与入射角度的关系示意图
图4是本发明放大光斑内无光斑分布区域宽度与晶体长度的关系示意图
图5是本发明第一次光斑翻转的示意图
图6是本发明第二次光斑翻转的示意图
图7是本发明基于激光晶体拼接的折转多通放大装置各器件的位置关系示意图
具体实施方式
先请参阅图7，由图可见，本发明基于激光晶体拼接的折转多通放大装置，该装置包括：拼接激光晶体放大器1、带有镜架的第一反射镜2、第二反射镜3、第三反射镜4、第四反射镜5、第五反射镜6、第六反射镜7、第七反射镜8和可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜9，所述的拼接激光晶体放大器1位于整个放大器的中心位置，放大光束从拼接激光晶体1的通光面方向以一定角度入射，保证放大光斑内无光斑分布区域与拼接的激光晶体接缝具有较好的重合；所述的第一反射镜2和第二反射镜3位于所述的拼接激光晶体1的一侧，组成第一折转反射器使入射光束与反射光束方向相反，光斑在折转方向上进行调换，所述的一定距离以不妨碍后续放大光路为准；所述的第三反射镜4、第四反射镜5、第五反射镜6和可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜9处于所述的拼接激光晶体1的另一侧，与第一反射镜2和第二反射镜3相对，所述的第七反射镜8和第六反射镜7位于第一反射镜2和第二反射镜3的同侧，所述的第三反射镜4、第四反射镜5组成第二折转反射器，所述的第七反射镜8和第六反射镜7组成第三折转反射器，所述的第五反射镜6和可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜9组成第四折转反射器，
参见图1，本实施例的拼接激光晶体放大器1的拼接激光晶体包括第1区域、第2区域、第3区域和第4区域，沿入射光路方向依次是所述的拼接激光晶体放大器1的第1区域、第一反射镜2、第二反射镜3、拼接激光晶体放大器1的第2区域、第三反射镜4、第四反射镜5、拼接激光晶体放大器1的第3区域、第七反射镜8、第六反射镜7、拼接激光晶体放大器1的第4区域、可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜9，最后由第五反射镜6输出。
所述的拼接激光晶体组成的拼接激光晶体放大器1，其晶体材质、具体外形根据工作波长、泵浦方式的不同有所变化。
通过对反射镜在空间上的摆放方式，通过数对法线相互垂直放置的两个反射镜，将放大光斑的在空间上的分布在其折转方向上进行调换，通过数次折转放大后，光斑依次通过各拼接后大晶体中的拼接小晶体，并通过可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜，补偿因入射角不同引起的光程差异，以此方法补偿各小拼接激光晶体的不均匀性。
根据拼接激光晶体的具体特性如接缝的宽度，放大光斑口径，放大通数根据公式计算，确定好入射光与拼接激光晶体法线的入射角，将放大器内的各部将按照所述的位置关系根据摆放在相应的位置上；
根据放大输出的时空特性，调整可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜，补偿由于不同通次光束的入射方向带来的光程误差。

Claims (1)

1.一种基于激光晶体拼接的折转多通放大装置，其特征在于该装置包括：拼接激光晶体放大器(1)、带有镜架的第一反射镜(2)、第二反射镜(3)、第三反射镜(4)、第四反射镜(5)、第五反射镜(6)、第六反射镜(7)、第七反射镜(8)和可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜(9)，所述的拼接激光晶体放大器(1)，位于整个放大器的中心位置，放大光束从拼接激光晶体(1)的通光面方向以一定角度入射，保证放大光斑内无光斑分布区域与拼接的激光晶体接缝具有较好的重合；所述的第一反射镜(2)和第二反射镜(3)位于所述的拼接激光晶体(1)的一侧，组成第一折转反射器使入射光束与反射光束方向相反，光斑在折转方向上进行调换，所述的一定距离以不妨碍后续放大光路为准；所述的第三反射镜(4)、第四反射镜(5)、第五反射镜(6)和可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜(9)处于所述的拼接激光晶体(1)的另一侧，与第一反射镜(2)和第二反射镜(3)相对，所述的第七反射镜(8)和第六反射镜(7)位于第一反射镜(2)和第二反射镜(3)的同侧，所述的第三反射镜(4)、第四反射镜(5)组成第二折转反射器，所述的第七反射镜(8)和第六反射镜(7)组成第三折转反射器，所述的第五反射镜(6)和可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜(9)组成第四折转反射器，
沿入射光路方向依次是所述的拼接激光晶体放大器(1)的第1区域、第一反射镜(2)、第二反射镜(3)、拼接激光晶体放大器(1)的第2区域、第三反射镜(4)、第四反射镜(5)、拼接激光晶体放大器(1)的第3区域、第七反射镜(8)、第六反射镜(7)、拼接激光晶体放大器(1)的第4区域、可变形镜或是由电机驱动的拼接反射镜(9)，最后由第五反射镜(6)输出。
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