CN107153276A - 一种基于角度分离的反激光隔离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种原光路返回激光的隔离方法。该方法采用波片或旋光器件改变反激光相对入射光的偏振态，然后利用晶体双折射的特点，配合其自身的楔角设计，使原光路返回的激光发生角度变化，再通过空间滤波器等具有角度分离的器件对反激光进行隔断，从而实现原光路返回激光的隔离。

Description

一种基于角度分离的反激光隔离方法
技术领域
本发明属于高功率激光与靶相互作用的领域，具体涉及一种隔离沿原光路返回的反激光的方法。
背景技术
在高功率激光与物质相互作用的实验中，聚焦打靶焦点位置产生的反激光沿原光路返回，具有天然的自准直特点。由光路可逆原理可知，反激光会传输至前级系统。对于基频打靶的装置，基频反激光还会在放大器中进一步逆向放大，其能量极易超过光学元件的阈值，威胁激光驱动器的安全，该效应会大大限制高功率激光器的基频打靶输出性能。因此，抑制沿原光路返回的反激光具有重要的研究意义。
抑制反激光的常见方法有以下两种：一是门控结合选偏的方法，如电光开关结合偏振片的选偏隔离；二是利用非线性过程，如采用倍频打靶等。上述方法各有优缺点，如在大口径光路中，门控结合选偏的方法中的大口径偏振片的加工难度极大，且其隔离能力有限，一般仅有100倍；且它与电光开关结合起来，光学元件厚度较大，这会增大激光系统的B积分，从而造成光学元件损伤风险。采用倍频或其它非线性过程产生的光源一方面会改变激光的波长，这会影响激光打靶的效果，另一方面非线性过程的效率一般较低，会有较大的损耗。
综上所述，需要一种更加灵活简洁且隔离效率高的光束隔离方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种隔离沿原光路返回激光的方法。采用本发明可以非常高效地抑制激光打靶中原光路返回的激光。
本发明的技术解决方案是：
采用波片或旋光器件改变反激光相对入射光的偏振态，采用晶体楔板代替目前加工难度极大的大口径偏振片，利用晶体楔板对不同偏振光的折射率不同，实现反激光的角度分离，再通过空间滤波器等具有角度分离的器件对反激光进行隔断，从而实现反激光的隔离。
具体的，一种基于角度分离的反激光隔离方法，包括以下步骤：
a.反激光的偏振态旋转
沿原光路返回的反激光(5)将传输通过1/4波片(11)，调节1/4波片的光轴实现反激光(6)相对主激光(3)的偏振态旋转；
b.反激光相对主激光传输方向的改变
通过1/4波片(11)的反激光(6)将传输通过楔形晶体(10)，楔形晶体的楔角使反激光(7)的传输方向相比主激光(2)的反方向发生偏离；
进一步的，所述方法还可以包括步骤c.反激光的隔断
反激光(7)进一步传输到空间滤波器中(9)，空间滤波器的小孔板(12)将反激光隔断(14)。
2.根据权利要求1所述的反激光隔离方法，其特征在于所述楔形晶体采用下列方法确定它的楔角：
楔形晶体的光轴沿楔角方向，楔角大小由关系式(1)确定：
其中θ0为反激光需分离的角度，ne为楔形晶体的非寻常光e光折射率，no为楔形晶体寻常光o光的折射率。
本发明的技术效果：
本发明采用两块元件便可非常高效地隔离同偏振态的反激光。相比传统的偏振片结合电光开关的方式，它不仅降低了光学元件的加工难度和光束通过光学元件的总厚度，从而可以降低高功率激光器的系统B积分，可有效地降低光学元件的损伤风险；同时可进一步增强隔离效果，预计隔离能力可达105倍以上。
附图说明
图1是本发明“一种基于角度分离的反激光隔离方法”的总体光路结构关系示意图。
图2是本发明所涉及的两块晶体的光轴与光束偏振方向的关系示意图。
其中，1-入射主激光(偏振沿y方向)，2-通过空间滤波器的主激光(偏振沿y方向)，3-通过楔形晶体的主激光(偏振沿y方向)，4-通过1/4波片的主激光(圆偏振光)，5-激光与物质相互作用形成的反激光(圆偏振光)，6-通过1/4波片的反激光(偏振沿x方向)，7-通过楔形晶体的反激光(偏振沿x方向)，8-进入空间滤波器的反激光(偏振沿x方向)，9-空间滤波器，10-楔形晶体，11-1/4波片，12-空间滤波器小孔板，13-主激光滤波小孔，14-反激光在小孔板上的弹道点，15-打靶透镜，16-靶面。
具体实施方式
以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不限定本发明。
本实例中采用楔形晶体、1/4波片和空间滤波器小孔板完成原光路返回激光的隔离。图1中左侧注入的主激光的偏振方向沿y方向，经过空间滤波器后，其偏振方向不变。楔形晶体的光轴沿y方向，楔角为θ，也沿y方向，因此主激光相对该楔形晶体为寻常光(o光)，其折射率为no，主激光通过楔形晶体的偏折角为(no-1)θ，偏振方向仍然沿y方向。
1/4波片为平板晶体，其光轴在x-y平面，与y方向成45°，主激光经过该晶体后传输方向不变，偏振态变为圆偏振。
经过1/4波片的激光将继续向后传输完成打靶，靶面产生的反激光沿原光路返回，具有天然极佳的准直特点，且其偏振态保持与入射激光相同为圆偏振光，反激光反向传输经过1/4波片，偏振态变换为x方向，传输方向精准地沿入射线路返回。
沿x方向偏振的反激光继续传输经过楔形晶体，反激光相对该楔形晶体为非寻常光(e光)，其折射率为ne，反激光通过楔形晶体的偏折角为(ne-1)θ，偏振方向仍然沿x方向，相对该位置初始的入射光方向，反激光形成了(ne-no)θ的偏离角。
反激光继续反向传输，在空间滤波器小孔位置，相比入射光的孔中心，反激光的焦点形成(ne-no)θf的偏离，在该位置设置吸收体，便可隔断反激光，完成对原路返回反激光的隔离。
以惯性约束聚变的大型激光装置的基频打靶为例给出一组典型参数。主激光的波长为1053nm，光束口径360mm；楔形晶体的材料为KDP晶体，晶轴沿y方向，其对应的ne和no分别为1.45和1.41，分离角不小于400λ/D，楔角选择为1.6°。
综上所述，本发明提供一种隔离原光路返回激光的方法，能够实现激光打靶中原光路返回激光的隔离。本发明为高功率激光基频打靶提供了技术指导，同时在激光器的自激抑制中也有应用前景。

Claims (3)

1.一种基于角度分离的反激光隔离方法，其特征在于包括以下步骤：
a.反激光的偏振态旋转
沿原光路返回的反激光(5)将传输通过1/4波片(11)，调节1/4波片的光轴实现反激光(6)相对主激光(3)的偏振态旋转；
b.反激光相对主激光传输方向的改变
通过1/4波片(11)的反激光(6)将传输通过楔形晶体(10)，楔形晶体的楔角使反激光(7)的传输方向相比主激光(2)的反方向发生偏离。
2.根据权利要求1所述的反激光隔离方法，其特征在于所述楔形晶体采用下列方法确定它的楔角：
楔形晶体的光轴沿楔角方向，楔角大小由关系式(1)确定：
<mrow> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>e</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>o</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中θ0为反激光需分离的角度，ne为楔形晶体的非寻常光e光折射率，no为楔形晶体寻常光o光的折射率。
3.根据权利要求2所述的反激光隔离方法，其特征在于所述方法还包括步骤如下：
c.反激光的隔断
反激光(7)进一步传输到空间滤波器中(9)，空间滤波器的小孔板(12)将反激光隔断(14)。
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