CN112103760A - 一种控制放大的自发辐射和抑制寄生振荡装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制放大的自发辐射和抑制寄生振荡装置及方法，它包括用于产生输出主激光的管状激光增益区，在所述管状激光增益区的内壁或者外壁或者内外壁上制作有光学超表面，所述光学超表面能够对角向放大的自发辐射（ASE）光引入一定的倾斜相位，等效改变角向ASE光入射到所述管状激光增益区壁面的入射角，从而破坏角向ASE光在所述管状激光增益区内的全内反射条件，避免管状激光增益区产生角向寄生振荡。本发明通过在管状激光增益区的内壁或者外壁上制作光学超表面将显著降低ASE光线对管状激光增益区储能的消耗，同时避免了管状激光增益区产生角向的寄生振荡，显著提高管状增益单元的储能能力，对高效率激光器具有极大的用途。

Description

一种控制放大的自发辐射和抑制寄生振荡装置及方法
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种控制放大的自发辐射和抑制寄生振荡装置及方法。
背景技术
放大的自发辐射（ASE）是指自发辐射的光在已具有储能的激光增益介质中的传输放大，ASE光不可避免，且会消耗激光增益介质中的储能，缩短ASE光在增益介质中的传输路径是有效控制ASE的手段之一。当ASE光在增益介质内未得到有效控制，部分ASE光可在激光器中形成闭合回路，若这部分ASE光得到了净增益，将产生寄生振荡，大幅消耗增益介质内的储能。如图1所示，管状激光增益区内外壁为光学面，主激光沿纵向方向在管状激光增益区内以之字形路径传播。此时，角向放大的ASE光容易满足管状激光增益区内外壁全内反射条件，从而形成闭合光路路径，由于管状增益介质内外壁为光学面，损耗低，ASE将得到净增益，产生角向寄生振荡激光，急剧消耗增益区的储能，甚至导致主激光通过管状增益介质后无法得到放大，因此如何有效控制角向ASE和抑制角向寄生振荡对管状激光增益区储能的消耗是现阶段急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种控制放大的自发辐射和抑制寄生振荡装置及方法，能够有效提升激光增益介质的储能能力。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种控制放大的自发辐射和抑制寄生振荡装置，它包括用于产生输出主激光的管状激光增益区，在所述管状激光增益区的内壁或者外壁或者内外壁上制作有光学超表面，所述光学超表面能够对角向放大的ASE光引入一定的倾斜相位，等效改变角向ASE光入射到所述管状激光增益区壁面的入射角，从而破坏ASE光在所述管状激光增益区内的全内反射条件，避免产生角向寄生振荡。
进一步地，还包括管状端帽，所述管状端帽和管状激光增益区的内外壁为光学圆柱面，可实现纵向主激光光束的全内反射，不受管状激光增益区光学超表面的影响。
一种控制放大的自发辐射和抑制寄生振荡的方法，所述方法包括：
在管状激光增益区的内壁或者外壁或者内外壁上制作一层光学超表面；
角向ASE入射至所述管状激光增益区壁面，经过所述光学超表面等效改变角向ASE光入射角，从而破坏角向ASE光在所述管状激光增益区内的全内反射条件，避免产生角向寄生振荡。
进一步地，在所述管状激光增益区的两端设置有管状端帽，所述管状端帽为光学圆柱面，可实现纵向主激光光束的全内反射，不受管状激光增益区光学超表面的影响。
本发明具有以下优点：一种控制放大的自发辐射和抑制寄生振荡装置及方法，通过在管状激光增益区的内壁或者外壁或者内外壁上制作光学超表面将显著降低ASE光线对管状激光增益区内储能的消耗，同时避免产生角向寄生振荡，显著提高管状增益单元的储能能力，对实现高效率激光器具有极大的用途。
附图说明
图1 为ASE光线闭合光学路径示意图；
图2 为管状激光增益单元的示意图；
图3 为ASE光线在外壁具有光学超表面的管状激光增益区内的传输示意图；
图4 为超表面具体的结构示意图；
图中：1-主激光，2-管状端帽，3-管状激光增益区，4-角向ASE入射光线，5-全反射光线，6-角向ASE反射光线，7-角向ASE透射光线，8-光学超表面，9-超表面的周期，10-超表面结构的宽度，11-超表面结构的高度。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图2所示，本发明涉及一种控制放大的自发辐射和抑制寄生振荡装置，它包括用于对主激光进行能量放大的管状激光增益区3，在所述管状激光增益区3的内壁或者外壁或者内外壁上制作有光学超表面8，所述光学超表面8能够改变角向ASE光入射到所述管状激光增益区3壁面的入射角，从而破坏角向ASE光在所述管状激光增益区内的全内反射条件，避免产生角向寄生振荡。
进一步地，还包括管状端帽2，所述管状端帽2设置在所述管状激光增益区3的两端，管状端帽2和管状激光增益区3内外壁为光学圆柱面，可实现纵向主激光1的全内反射，不受所述管状激光增益区3光学超表面8的影响。
本发明的另一种实施例包括一种控制放大的自发辐射和抑制寄生振荡的方法，所述方法包括：
在管状激光增益区3的内壁或者外壁或者内外壁上制作一层光学超表面8；
管状激光增益区3内的角向ASE光线经过所述光学超表面8后等效改变入射角，从而破坏了ASE光在所述管状激光增益区3内外壁的全内反射条件；
进一步地，在管状激光增益区3两端设置有管状端帽2，所述管状端帽2和管状激光增益单元3的内外壁为光学圆柱面，纵向主激光1以全内反射路径传输，不受所述光学超表面8的影响。
如图3所示，具体来说，在管状激光增益区3的内壁或外壁，或者内外壁制作光学超表面8，实现角向ASE光线入射角的改变。以外壁具有光学超表面的管状增益单元为例，外壁无光学超表面8时，单元内发出的一条角向ASE入射光线4经过外壁时发生全内反射形成全反射光线5，全反射光线5携带了角向ASE入射光线4所有能量，同时消耗了管状激光增益区内的储能，角向ASE入射光线4经过管状激光增益区3内外壁的多次反射，将大幅消耗管状激光增益区3内的储能，不利于主激光的放大。当外壁具有光学超表面8时，角向ASE入射光线4在外壁处，由于光学超表面8等效改变了入射角，破坏了全内反射的条件，根据菲涅尔反射，角向ASE入射光线4所携带的能量将分成角向ASE反射光线6与角向ASE透射光线7两部分，仅角向ASE反射光线6能够消耗储能，同时随着角向ASE反射光线6与外壁接触的次数增加，角向ASE反射光线6的能量占比将逐渐降低。例如，角向ASE入射光线4第一次接触时，角向ASE反射光线6能量占比20%，第二次接触后角向ASE反射光线6能量占比2%，第三次0.08%。
由此可见，管状激光增益区3内外壁制备光学超表面将显著降低ASE光线对管状激光增益区3内储能的消耗，同时避免产生角向寄生振荡，显著提高管状激光增益区3的储能，对实现高效率激光器具有极大的用途。
超表面具体的结构如图4所示，以中心波长
Figure 153123DEST_PATH_IMAGE001
为1.064
Figure 779014DEST_PATH_IMAGE002
的光为例，光学超表面8 为周期性长条状结构，超表面的周期9小于
Figure 882100DEST_PATH_IMAGE001
，例如取1
Figure 651473DEST_PATH_IMAGE002
；超表面结构的宽度10在1/5
Figure 156403DEST_PATH_IMAGE001
与1/3
Figure 720240DEST_PATH_IMAGE001
之间，例如取0.3
Figure 576200DEST_PATH_IMAGE002
；超表面结构的高度11大于
Figure 647799DEST_PATH_IMAGE001
，例如取1.4
Figure 741657DEST_PATH_IMAGE002
。超表面的结构 不限于如图4所示的结构，可以为圆柱状、分段式长条状、台阶状等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种控制放大的自发辐射和抑制寄生振荡装置，其特征在于：它包括用于产生输出主激光的管状激光增益区，在所述管状激光增益区的内壁或者外壁或者内外壁上制作有光学超表面，所述光学超表面能够对角向放大的ASE光引入一定的倾斜相位，等效改变角向ASE光入射到所述管状激光增益区壁面的入射角，从而破坏角向ASE光在所述管状激光增益区内的全内反射条件，避免产生角向寄生振荡。
2.根据权利要求1所述的一种控制放大的自发辐射和抑制寄生振荡装置，其特征在于：还包括管状端帽，所述管状端帽和管状激光增益区的内外壁为光学圆柱面，纵向主激光以全内反射路径传输，不受管状激光增益区光学超表面的影响。
3.一种控制放大的自发辐射和抑制寄生振荡的方法，其特征在于：所述方法包括：
在管状激光增益区的内壁或者外壁或者内外壁上制作一层光学超表面；
角向ASE光入射到所述管状激光增益区内外壁，经过所述光学超表等效改变角向ASE光入射角，从而破坏了角向ASE光在所述管状激光增益区内的全内反射条件，避免产生角向寄生振荡。
4.根据权利要求3所述的一种控制放大的自发辐射和抑制寄生振荡的方法，其特征在于：在所述管状激光增益区的两端设置有管状端帽，所述管状端帽的内外壁为光学圆柱面，管状端帽和管状激光增益区的内外壁可实现纵向主激光光束的全内反射，不受管状激光增益区光学超表面的影响。
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