CN1068719C - 带光纤位相共轭镜的激光振荡放大系统 - Google Patents
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Abstract
一种带光纤位相共轭镜的激光振荡放大系统，它依次包括激光振荡器，扩束镜，法拉第光隔离器，激光放大器，光纤位相共轭镜：该系统输出光束发散度小，接近于衍射极限，光束质量好，不受或少受放大级相位畸变的影响；采用多级放大、双程放大能输出更高的能量，特别是当放大级在高重复率运行时，补偿了热透镜效应，使功率密度大大提高，而更有利于各种激光应用的场合。
Description
本发明涉及应用一个非线性光学器件即光纤位相共轭镜的激光器。
自世界上出现第一台固体激光以来，为获得高功率输出，均采用把激光振荡器输出的激光束经过一级或二级放大后直接输出。
常规的固体激光振荡放大系统的光束质量受放大级激光介质中的位相畸变影响较大，特别是当激光器在高重复率下运行时，由高重复频率的闪光灯泵浦在放大级激光介质中产生的热梯度造成的热透镜效应，及光致折射率改变造成的位相畸变，影响输出激光束质量。同时，在不同的重复率下运行，有不同的热透镜焦距，因而造成输出激光束发散度在大范围内变化，这对于各种激光应用都是极其有害的。因此为了消除动态热透镜效应或其它(例如由晶体不均匀造成的位相畸变)位相畸变，一直是高功率固体激光器的关键技术。
本发明的目的是：提供一种能够消除背景技术中动态热透镜效应及其它位相畸变，能够输出高光束质量的光纤位相共轭镜的激光振荡放大系统。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：本系统它依次包括激光振荡器，扩束镜，法拉第光隔离器，激光放大器，位相共轭镜，所述的位相共轭镜为光纤位相共轭镜它是阶跃式多模石英光纤，石英光纤的长度在2m以上，光纤芯径为100～1000μm，用正透镜作光入射耦合。
本发明的工作原理是：振荡器射出的激光经扩束镜扩束，再经法拉第光隔离器，进入放大器放大后，再经过正透镜会聚后耦合到光纤内。由于功率密度足够大，已达到了光纤中受激布里渊散射的阈值，从而产生后向受激布里渊散射，后向反射光经透镜耦合到激光放大级后被再次放大，然后经法拉第光隔离器前的起偏器输出，由于光纤位相共轭镜反射的光与入射光具有位相共轭特性，因此在二次往返通过放大级激光介质后，抵消了由激光介质引入的位相畸变，使输出激光发散角接近衍射极限，并使光脉冲宽度压缩到入射光的1/3左右。由于激光包含了多个子脉冲，因此光纤损伤阈值比单脉冲低，在正确耦合的前提下，可在10Hz重复率下运行，以每个脉冲含10个子脉冲计，相当于100Hz准重复率。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：
1．由于光纤位相共轭镜具有位相共轭特性，因此本系统输出激光光束具有发散度小，接近衍射极限，光束质量好，不受或少受放大级相位畸变的影响；
2．光纤位相共轭镜使用方便，无毒、无高压气体危险、价格低、受温度影响小，比用高压气体或液体位相共轭镜更具有竞争力；
3．由于采用多级放大、双程放大，可比振荡级或单程放大输出更高的能量，特别是当放大级在高重复率运行时，由于补偿了热透镜效应，使功率密度大大提高，而更有利于各种激光应用场合。
附图说明：
图1、本发明的结构示意图。
下面结合附图，对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明依次包括激光振荡器1，扩束镜2，法拉第光隔离器3，激光放大器4，光纤位相共轭镜5等组成。
激光振荡器1，包括脉冲氙(Xe)灯泵浦的Nd:YAG激光腔体10。由5个反射镜构成的单向环行谐振腔，谐振腔内有布鲁斯特角安置的偏振片6,F-P标准具7,Cr4+:YAG晶体作被动调Q器件8，光阑9。图中单向环行谐振腔中的反射镜M1为45°部分透射反射镜，其反射率在30～70％间可变，反射镜M2、M3、M4为45°全反射镜，反射镜M5为0°全反射镜；光阑小孔直径为0.5mm。振荡器输出脉冲能量为2.5mJ的单纵模调Q脉冲序，单脉冲宽度为100～140ns，共有5～10个脉冲，脉冲间隔为10μs。
振荡器1射出的激光经扩束镜2扩束到直径为6mm的光斑，再经过法拉第光隔离器3。光隔离器3包括起偏器11、45°磁光旋转器12和检偏器13，使通过光隔离器3后的激光偏振方向旋转45°，且使后向返回的激光再次通过光隔离器3后与入射到光隔离器3的激光偏振方向互成90°，然而从起偏器11输出。光隔离器的目的一是作为输出元件输出激光束；二是防止反射回的激光耦合到振荡器而造成干扰。
经过光隔离器3的激光进入激光放大器4，依次包括Nd:YAG激光腔体14，象传递望远镜系统15,Nd:YAG激光腔体16组成的二级双程放大。采用二级放大时，经级间的象传递望远系统15，以消除退偏现象。
光纤位相共轭镜5为阶跃式多模石英光纤，石英光纤的长度在2m以上，光纤芯径为100～1000μm，用正透镜作光入射耦合。放大后的激光束经过正透镜会聚耦合到光纤内，正透镜焦距在30～200mm间可变，按光纤数值孔径及所用激光功率大小而定，以不损坏光纤端面及具有高耦合效率为原则。光纤端面要求平滑，光纤长度和芯径视使用激光功率而定。
Claims (3)
1．一种带光纤位相共轭镜的激光振荡放大系统，它依次包括激光振荡器[1]，扩束镜[2]，法拉第光隔离器[3]，激光放大器[4]，位相共轭镜，其特征是：所述的位相共轭镜为光纤位相共轭镜[5]它是阶跃式多模石英光纤，石英光纤的长度在2m以上，光纤芯径为100～1000μm，用正透镜作光入射耦合。
2．根据权利要求1所述的带光纤位相共轭镜的激光振荡放大系统，其特征是：所述的激光振荡器[1]，包括脉冲氙灯泵浦的Nd:YAG激光腔体[10]，由5个反射镜构成的单向环行谐振腔，谐振腔内有布鲁斯特角安置的偏振片[6]，F-P标准具[7]，Cr4+:YAG晶体作被动调Q器件[8]，光阑[9]。
3．根据权利要求1所述的带光纤位相共轭镜的激光振荡放大系统，其特征是：所述的激光放大器[4]，依次包括Nd:YAG激光腔体[14]，象传递望远镜系统[15]，Nd:YAG激光腔体[16]组成的二级双程放大。
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