CN106486882B - 一种新型高效高功率环形激光放大器 - Google Patents

一种新型高效高功率环形激光放大器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型高效高功率环形激光放大器，包括了4个偏振反射镜、4个激光增益介质、4个透镜、2个滤波孔阑、2个电光开关、1个波前校正器、1个反射镜。本发明提供了适用于任意透射型增益介质的双脉冲相向传输放大、同轴环形放大构型，有效提高了激光增益介质的储能提取效率，从而获得高功率激光输出；本发明的环形放大构型，原理上可以实现任意次数的环形放大，有效地控制输出光束质量，放宽对注入能量的限制；本发明采用两个空间滤波器，能够有效地滤除光束中的空间调制，并且两个空间滤波器的像面与物面首尾相接，可有效地抑制激光脉冲在腔内传输的衍射效应，保持高光束质量的放大；本发明采用了环形结构，使系统结构更加紧凑。

Description

一种新型高效高功率环形激光放大器
技术领域
本发明涉及激光放大器，特别涉及一种新型高效高功率环形激光放大器。
背景技术
继MOPA（Master Oscillator Power Amplifier）技术之后，以多程放大为代表的新一代激光技术极大地推动了高功率激光装置的发展，但依然存在着许多问题。第一，为充分提取介质中的能量，对各级放大注入脉冲能量有着明确的要求；第二，为隔离ASE，多程放大装置中通常考虑离轴设计，降低了填充因子；第三，现有装置中，通常使用变口径、单脉冲单向传输放大，放大器储能提取效率低；第四，全系统结构复杂而冗长，造价昂贵，维护成本高。
因此，需要提出一种新型的激光放大器构型，解决现有激光放大器存在的诸多问题。
发明内容
本发明目的是：针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种新型的高功率激光环形放大构型。
为实现以上目的，本发明的技术方案是：
一种新型高效高功率环形激光放大器，包括：
第一偏振反射镜，用于接受注入的激光脉冲，透射该注入激光中脉冲垂直或水平线偏振光，反射水平或垂直线偏振光；
第一激光增益介质，用于放大环形激光放大器中的激光脉冲；
第一电光开关，用于转换激光脉冲的线偏振方向；
第一空间滤波器，由第一透镜、第二透镜与一个位于两个透镜、之间的第一滤波孔阑组成，通过第一空间滤波器，用于滤除光束中的空间调制；
第二激光增益介质，用于第一空间滤波器放大滤波后的激光脉冲；
第二偏振反射镜，用于透射垂直或水平线偏振光，反射水平或垂直线偏振光；
波前校正器，用于校正环路内激光脉冲的波前畸变；
第三偏振反射镜，用于透射垂直或水平线偏振光，反射水平或垂直线偏振光；
第三激光增益介质，用于放大环形激光放大器中的激光脉冲；
第二电光开关，用于转换激光脉冲的线偏振方向；
第二空间滤波器，由第三透镜、第四透镜与一个位于两个透镜、之间的第二滤波孔阑组成，通过第二空间滤波器，用于滤除光束中的空间调制；
第四激光增益介质，用于放大第二空间滤波器滤波后的激光脉冲；
第四偏振反射镜，用于透射垂直或水平线偏振光，反射水平或垂直线偏振光；
反射镜，与四块偏振反射镜和波前校正器构成环形光路路，使两个注入脉冲在相同条件下相向传输环形放大。
优选的，所述第一、第二空间滤波器的像面与物面首尾相接。
优选的，环形光路总长度与入射脉冲脉宽相匹配。
优选的，所述第一、第二电光开关之间距离为环路有效光传输距离的一半。
优选的，所述第一、第二电光开关或使用普克尔盒，或使用其他偏振控制器件。
优选的，所述第一、第二电光开关其工作模式或使用升压工作模式，或使用退压工作模式。
优选的，所述第一、第二、第三和第四偏振反射镜或使用偏振反射镜，或使用偏振分光镜，或使用偏振片，或使用其他偏振元器件。
优选的，所述第一、第二、第三和第四激光增益介质适用于固体、液体、气体等任何物态和性状的透射型激光增益介质以及泵浦源。
优选的，所述第一、第二、第三和第四激光增益介质根据输出能力的要求或调整增益介质的相关参数，例如增益、数量、长度以及大小等，或调整位置。
优选的，所述波前校正器或使用变形镜，或由反射镜替代，或使用其他反射式光学元件。
优选的，所述反射镜或使用反射镜，或使用变形镜，或使用其他反射式光学元件。
本发明专利的优点是：
1.本发明专利发明了适用于任意透射型增益介质的双脉冲相向传输放大、同轴放大激光放大器构型，有效提高了激光增益介质储能的提取效率；
2.本发明专利提出的放大构型，原理上可以实现任意次数的环形放大，可以有效地控制输出光束质量，放宽对注入能量的限制；
3.本发明专利新型高效高功率环形激光放大器中的两个空间滤波器，能够有效地滤除光束中的空间调制，并且两个空间滤波器的像面与物面首尾相接，可有效地抑制激光脉冲在腔内传输的衍射效应，保持高光束质量的放大；
4.本发明采用了环形结构，使放大器结构更加紧凑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，
图1是本发明第一实施例提供的新型高效高功率环形激光放大器的结构示意图；
图2是本发明第二实施例提供的新型高效高功率环形激光放大器的结构示意图；
图1-2中数字或字母所代表的相应部件的名称：
1、第一偏振反射镜；2、第一激光增益介质；3、第一电光开关；4、第一透镜；5、第一滤波孔阑；6、第二透镜；7、第二激光增益介质；8、第二偏振反射镜；9、波前校正器；10、第三偏振反射镜；11、第三激光增益介质；12、第二电光开关；13、第三透镜；14、第二滤波孔阑；15、第四透镜；16、第四激光增益介质；17、第四偏振反射镜；18、反射镜；19、第一空间滤波器；20、第二空间滤波器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明实施例1提供了一种双脉冲注入的环形激光放大器的放大方案，其可以在输出能量最大的情况下，获得最高放大介质储能提取效率。所述新型高效高功率环形激光放大器包括了4个偏振反射镜、4个激光增益介质、4个透镜、2个滤波孔阑、2个电光开关、1个波前校正器、1个反射镜。
第一注入脉冲与第二注入脉冲分别由第一偏振反射镜1与第四偏振反射镜17同时注入至环形激光放大器。
其中第一注入脉冲由第一偏振反射镜1注入，第一偏振反射镜1用于透射垂直（或水平）线偏振光，反射水平（或垂直）线偏振光。垂直（或水平）线偏振光经过第一偏振反射镜1入射至第一激光增益介质2，激光获得了放大。放大后的垂直（或水平）线偏振光入射至第一电光开关3，电光开关工作，转变其偏振态为。水平（或垂直）线偏振光入射至第一空间滤波器19，由两个透镜4、6与一个滤波孔阑5组成，通过第一空间滤波器19，将滤除光束中的空间调制。滤波后的激光入射至第二激光增益介质7，激光获得了放大。放大后的激光入射至第二偏振反射镜8，由于此时为水平（或垂直）线偏振光，激光被反射。激光反射至波前校正器9，校正环路内激光脉冲的波面相位。校正后的光束反射至第三偏振反射镜10，由于此时为水平（或垂直）线偏振光，激光被反射。反射的激光入射至第三激光增益介质11，激光获得了放大。放大后的激光入射至第二电光开关12，由于此时电光开关不工作，所以并不改变光束的偏振态。激光入射至第二空间滤波器20，由两个透镜13、15与一个滤波孔阑14组成，通过第二滤波器，将滤除光束中的空间调制。滤波后的激光入射至第四激光增益介质16，激光获得了放大。放大后的激光入射至第四偏振反射镜17，由于此时为水平（或垂直）线偏振光，激光被反射。激光反射至反射镜18，反射镜与四块偏振反射镜和波前校正器构成环路，使注入脉冲在环路中环形放大，其中，两个空间滤波器的像面与物面首尾相接，可有效地抑制激光脉冲在腔内传输的衍射效应，保持高光束质量的放大。当激光放大到一定程度时，激光由反射镜18反射至第一偏振反射镜1，由于此时为水平（或垂直）线偏振光，激光被反射。反射后的激光经过第一激光增益介质2，入射至第一电光开关3，此时电光开关3工作，改变环路内激光偏振态，再经过第一空间滤波器19与第二激光增益介质7，最后从第二偏振反射镜8透射输出。
其中第二注入脉冲由第四偏振反射镜17注入，第四偏振反射镜17用于透射垂直（或水平）线偏振光，反射水平（或垂直）线偏振光。垂直（或水平）线偏振光经过第四偏振反射镜17入射至第四激光增益介质16，激光获得了放大。放大后的垂直（或水平）线偏振光入射至第二空间滤波器20，由两个透镜13、15与一个滤波孔阑14组成，通过第二空间滤波器20，将滤除光束中的空间调制。垂直（或水平）线偏振光滤波后入射至第二电光开关12，转变其偏振态。水平（或垂直）线偏振光入射至第三激光增益介质11，激光获得了放大。放大后的激光入射第三偏振反射镜10，由于此时为水平（或垂直）线偏振光，激光被反射。激光反射至波前校正器9，校正环路内激光脉冲的波面相位。校正后的光束反射至第二偏振反射镜8，由于此时为水平（或垂直）线偏振光，激光被反射。反射的激光入射至第二激光增益介质7，激光获得了放大。放大后的激光入射至第一空间滤波器19，由两个透镜4、6与一个滤波孔阑5组成，通过第一空间滤波器19，将滤除光束中的空间调制。滤波后的激光入射至第一电光开关3，由于此时电光开关不工作，所以并不改变光束的偏振态，其中。激光入射至第一激光增益介质2，激光获得了放大。放大后的激光入射至第一偏振反射镜1，由于此时为水平（或垂直）线偏振光，激光被反射。激光反射至反射镜18，反射镜与四块偏振反射镜和波前校正器构成环路，使第一注入脉冲与第二注入脉冲在相同条件下相向传输环形放大，其中，两个空间滤波器的像面与物面首尾相接，可有效地抑制激光脉冲在腔内传输的衍射效应，保持高光束质量的放大。当激光放大到一定程度时，激光由反射镜18反射至第四偏振反射镜17，由于此时为水平（或垂直）线偏振光，激光被反射。反射后的激光经过第四激光增益介质16，再经过第二空间滤波器20入射至第二电光开关12，此时电光开关12工作，改变环路内激光偏振态，再经过第三激光增益介质11，最后从第三偏振反射镜10透射输出。
实施例2
如图2所示，本发明实施例2提供了一种单脉冲注入的环形激光放大器，其可以获得最大能量输出。所述环形激光放大器包括了4个偏振反射镜、4个激光增益介质、4个透镜、2个滤波孔阑、2个电光开关、1个波前校正器、一个反射镜。
其中第一注入脉冲由第一偏振反射镜1注入，第一偏振反射镜1用于透射垂直（或水平）线偏振光，反射水平（或垂直）线偏振光。垂直（或水平）线偏振光经过第一偏振反射镜1入射至第一激光增益介质2，激光获得了放大。放大后的垂直（或水平）线偏振光入射至第一电光开关3，电光开关工作，转变其偏振态为。水平（或垂直）线偏振光入射至第一空间滤波器19，由两个透镜4、6与一个滤波孔阑5组成，通过第一空间滤波器19，将滤除光束中的空间调制。滤波后的激光入射至第二激光增益介质7，激光获得了放大。放大后的激光入射至第二偏振反射镜8，由于此时为水平（或垂直）线偏振光，激光被反射。激光反射至波前校正器9，校正环路内激光脉冲的波面相位。校正后的光束反射至第三偏振反射镜10，由于此时为水平（或垂直）线偏振光，激光被反射。反射的激光入射至第三激光增益介质11，激光获得了放大。放大后的激光入射至第二电光开关12，由于此时电光开关不工作，所以并不改变光束的偏振态。激光入射至第二空间滤波器20，由两个透镜13、15与一个滤波孔阑14组成，通过第二滤波器，将滤除光束中的空间调制。滤波后的激光入射至第四激光增益介质16，激光获得了放大。放大后的激光入射至第四偏振反射镜17，由于此时为水平（或垂直）线偏振光，激光被反射。激光反射至反射镜18，反射镜与四块偏振反射镜和波前校正器构成环路，使注入脉冲在环路中环形放大，其中，两个空间滤波器的像面与物面首尾相接，可有效地抑制激光脉冲在腔内传输的衍射效应，保持高光束质量的放大。当激光放大到一定程度时，激光由反射镜18反射至第一偏振反射镜1，由于此时为水平（或垂直）线偏振光，激光被反射。反射后的激光经过第一激光增益介质2，入射至第一电光开关3，此时电光开关3工作，改变环路内激光偏振态，再经过第一空间滤波器19与第二激光增益介质7，最后从第二偏振反射镜8透射输出。
具体实施时，所述第一、第二电光开关或使用普克尔盒，或使用其他偏振控制器件。所述第一、第二电光开关其工作模式或使用升压工作模式，或使用退压工作模式。所述第一、第二、第三和第四偏振反射镜或使用偏振反射镜，或使用偏振分光镜，或使用偏振片，或使用其他偏振元器件。所述第一、第二、第三和第四激光增益介质适用于固体、液体、气体等任何物态和性状的透射型激光增益介质以及泵浦源。所述第一、第二、第三和第四激光增益介质根据输出能力的要求或调整增益介质的相关参数，例如增益、数量、长度以及大小等，或调整位置。所述波前校正器或使用变形镜，或由反射镜替代，或使用其他反射式光学元件。所述反射镜或使用反射镜，或使用变形镜，或使用其他反射式光学元件。
上述两个实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高功率环形激光放大器，其特征在于，包括：
第一偏振反射镜（1），用于接受注入的第一激光脉冲，透射该注入激光中脉冲垂直或水平线偏振光，反射水平或垂直线偏振光；
第一激光增益介质（2），用于放大环形激光放大器中的激光脉冲；
第一电光开关（3），用于转换激光脉冲的线偏振方向；
第一空间滤波器（19），由第一透镜（4）、第二透镜（6）与一个位于第一透镜（4）、第二透镜（6）之间的第一滤波孔阑（5）组成，通过第一空间滤波器（19），用于滤除光束中的空间调制；
第二激光增益介质（7），用于第一空间滤波器（19）放大滤波后的激光脉冲；
第二偏振反射镜（8），用于透射垂直或水平线偏振光，反射水平或垂直线偏振光；
波前校正器（9），用于校正环路内激光脉冲的波前畸变；
第三偏振反射镜（10），用于透射垂直或水平线偏振光，反射水平或垂直线偏振光；
第三激光增益介质（11），用于放大环形激光放大器中的激光脉冲；
第二电光开关（12），用于转换激光脉冲的线偏振方向；
第二空间滤波器（20），由第三透镜（13）、第四透镜（15）与一个位于第三透镜（13）、第四透镜（15）之间的第二滤波孔阑（14）组成，通过第二空间滤波器（20），用于滤除光束中的空间调制；
第四激光增益介质（16），用于放大第二空间滤波器（20）滤波后的激光脉冲；
第四偏振反射镜（17），用于接受注入的第二激光脉冲，透射垂直或水平线偏振光，反射水平或垂直线偏振光；
反射镜（18），与第一偏振反射镜（1）、第一激光增益介质（2）、第一电光开关（3）、第一空间滤波器（19）、第二激光增益介质（7）、第二偏振反射镜（8）、波前校正器（9）、第三偏振反射镜（10）、第三激光增益介质（11）、第二电光开关（12）、第二空间滤波器（20）、第四激光增益介质（16）、第四偏振反射镜（17）依次排布构成环形光路，使两个注入脉冲在相同条件下相向传输环形放大；
所述第一空间滤波器（19）、第二空间滤波器（20）的像面与物面首尾相接；
所述环形光路总长度与入射脉冲脉宽相匹配。
2.根据权利要求1所述的高功率环形激光放大器，其特征在于：所述第一电光开关（3）、第二电光开关（12）之间距离为环路有效光传输距离的一半。
3.根据权利要求1所述的高功率环形激光放大器，其特征在于：所述第一电光开关（3）、第二电光开关（12）使用偏振控制器件。
4.根据权利要求1所述的高功率环形激光放大器，其特征在于：所述第一电光开关（3）、第二电光开关（12）使用普克尔盒。
5.根据权利要求1所述的高功率环形激光放大器，其特征在于：所述第一电光开关（3）、第二电光开关（12）其工作模式或使用升压工作模式，或使用退压工作模式。
6.根据权利要求1所述的高功率环形激光放大器，其特征在于：所述第一偏振反射镜（1）、第二偏振反射镜（8）、第三偏振反射镜（10）、第四偏振反射镜（17）或使用偏振反射镜，或使用偏振分光镜，或使用偏振片。
7.根据权利要求1所述的高功率环形激光放大器，其特征在于：所述第一激光增益介质（2）、第二激光增益介质（7）、第三激光增益介质（11）、第四激光增益介质（16）适用于固体、液体、气体之一的透射型激光增益介质以及泵浦源。
8.根据权利要求1所述的高功率环形激光放大器，其特征在于：所述第一激光增益介质（2）、第二激光增益介质（7）、第三激光增益介质（11）、第四激光增益介质（16）根据输出能力的要求调整增益介质的相关参数。
9.根据权利要求8所述的高功率环形激光放大器，其特征在于：所述相关参数，包括增益、数量、长度以及大小、调整位置。
10.根据权利要求1所述的高功率环形激光放大器，其特征在于：所述波前校正器（9）使用变形镜。
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