一種種子注入非穩(wěn)腔化學(xué)激光裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種種子注入非穩(wěn)腔選線化學(xué)激光裝置，該裝置沿激光的輸出方向依次設(shè)置有平凹反射鏡、布儒斯特片、種子光增益區(qū)、布儒斯特片、光闌、平面衍射光柵、起偏器、1/4波片、平面全反射鏡、平面全反射鏡、平凹后腔反射鏡、激活介質(zhì)增益區(qū)、刮刀鏡、平凸前腔反射鏡。本發(fā)明激光裝置將選線的種子激光耦合注入到環(huán)形腔化學(xué)激光放大器中，利用種子激光模式與注入放大級腔內(nèi)本征模之間的競爭來實(shí)現(xiàn)種子激光對環(huán)形腔化學(xué)放大器的控制，實(shí)現(xiàn)大功率化學(xué)激光的選線輸出，其具有優(yōu)良的光束質(zhì)量、能量高、可實(shí)現(xiàn)激光的選線輸出等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于激光物理、激光化學(xué)、激光對抗等領(lǐng)域。
【專利說明】一種種子注入非穩(wěn)腔化學(xué)激光裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化學(xué)激光器件領(lǐng)域，具體涉及一種種子注入放大非穩(wěn)腔化學(xué)激光器。

【背景技術(shù)】
[0002] 化學(xué)激光器因其高功率、高效率、較好的大氣傳輸窗口等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、 醫(yī)療、科研等領(lǐng)域。目前，大多數(shù)連續(xù)波化學(xué)激光器如HF/DF激光器、HBr激光器、C0 2激光 器等均是多譜線輸出，而在實(shí)際工作中，特別是在大氣傳輸過程中，由于水蒸氣對大多數(shù)激 光譜線有著強(qiáng)烈的吸收，而且某些特定波長的譜線在大氣傳輸過程中并不會因吸收而產(chǎn)生 強(qiáng)烈的熱暈效應(yīng)，這就使得激光器的單譜線運(yùn)轉(zhuǎn)變得十分有意義。
[0003] 目前，在化學(xué)激光范圍內(nèi)，行之有效的選線方法是在腔內(nèi)使用色散元件實(shí)現(xiàn)激光 器選線輸出。常用的色散元件主要有棱鏡和衍射光柵。采用腔內(nèi)棱鏡的方法在有限的空間 內(nèi)并不足以將距離非常近（rim量級）的光區(qū)分開來，并且由于腔內(nèi)功率較高，棱鏡的熱效應(yīng) 也會大大降低激光器的輸出效率以及光束質(zhì)量，因此并不適用于高功率化學(xué)激光器。衍射 光柵具有極高的光譜分辨本領(lǐng)，經(jīng)常被用來作為諧振腔的組成部分進(jìn)行選線輸出。通過旋 轉(zhuǎn)光柵改變振蕩光的入射角度，可以實(shí)現(xiàn)不同波長譜線的單線輸出。而且，金屬基底的衍射 光柵往往能加以冷卻，因此可以大大提高光柵的損傷閾值，適用于功率較大的激光器的諧 振腔內(nèi)。但對于高功率化學(xué)激光器尤其是長時間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的激光器來說，腔內(nèi)的高功率密 度依然會對水冷型光柵造成損傷，這使得采用這種方法運(yùn)行的激光器無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的選線 輸出。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種種子注入非穩(wěn)腔化學(xué)激光裝置，該裝 置可以通過種子激光對激光放大器的控制實(shí)現(xiàn)大功率連續(xù)化學(xué)激光的選線輸出，具有高功 率、高效率、良好的光束質(zhì)量、可單線輸出等特點(diǎn)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，具體技術(shù)解決方案是：
[0006] -種種子注入非穩(wěn)腔化學(xué)激光裝置，包括種子激光器、隔離器和激光放大器；在所 述種子激光器中輸出的光經(jīng)平面全反鏡I和平面全反鏡II反射進(jìn)入激光放大器中進(jìn)行放 大并將放大后的光輸出；
[0007] 所述隔離器由起偏器和1/4波片組成；所述起偏器放置于鄰近平面全反射鏡II 一 偵h所述1/4波片放置于鄰近起偏器另一側(cè)，且垂直于光軸；
[0008] 所述激光放大器包括：平凹后腔反射鏡，所述平凹后腔反射鏡中心設(shè)置有通孔； 用于經(jīng)隔離器單向隔離后的光通過通孔進(jìn)入激活介質(zhì)增益區(qū)，并接收由平凸前腔反射鏡輸 出的并穿過刮刀鏡的光；激活介質(zhì)增益區(qū)，用于使經(jīng)過的光放大；平凸前腔反射鏡，用于將 所述激活介質(zhì)增益區(qū)放大后的光輸出到所述平凹后腔反射鏡上；刮刀鏡，用于將所述平凹 后腔反射鏡和所述平凸前腔反射鏡之間放大的光在刮刀鏡上耦合輸出。
[0009] 所述種子激光器由同軸設(shè)置的平凹反射鏡、布儒斯特片I、種子光增益區(qū)、布儒斯 特片II、光闌、平面衍射光柵構(gòu)成；所述平面衍射光柵和平凹反射鏡之間組成諧振腔，種子 光增益區(qū)兩側(cè)設(shè)置布儒斯特片I和布儒斯特片II，在平面衍射光柵和布儒斯特片II之間設(shè) 置光闌；所述平面衍射光柵鄰近所述設(shè)置，并將諧振腔中放大的光經(jīng)平面衍射光柵零級耦 合輸出到所述平面全反射鏡I上。
[0010] 布儒斯特片I和布儒斯特片II與光軸之間的角度54. 5°。
[0011] 本發(fā)明中的刮刀鏡的中心孔的大小與平凸前腔反射鏡的大小相同。
[0012] 本發(fā)明激光裝置的工作過程如下：種子激光器內(nèi)的反應(yīng)介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后在諧 振腔內(nèi)產(chǎn)生受激輻射光，經(jīng)過布儒斯特片和光闌限模后變?yōu)榱己霉馐|(zhì)量的線偏振光。平 面衍射光柵以Littrow自準(zhǔn)直方式放置，其角度被調(diào)整到滿足選擇波長所對應(yīng)的衍射角 度，滿足光柵方(其中Θ分別是入射角和衍射角，d為刻線間距 離且本發(fā)明中d為1/300_，m為衍射級次)。由于產(chǎn)生的受激輻射光的波長不同，滿足光 柵一級衍射入射波長的光沿原路反射回種子激光器諧振腔內(nèi)，其它波長的光被衍射出諧振 腔外，由此被選擇波長的輻射光在平凹反射鏡和平面衍射光柵所形成的諧振腔之間振蕩放 大，并由衍射光柵的零級耦合輸出，而其它波長的輻射光均被抑制。輸出的種子激光經(jīng)全反 射鏡準(zhǔn)直后，經(jīng)過由起偏器和1/4波片組成的光隔離器后，通過平凹后腔鏡上的圓孔進(jìn)入 激光放大器進(jìn)行放大，光隔離器用來隔離由放大器中反射回來的振蕩光。在非穩(wěn)腔放大器 中進(jìn)行放大后的激光由刮刀鏡耦合輸出。
[0013] 所述的衍射光柵為金屬基底光柵，其刻線數(shù)為300線/mm，一級衍射效率大于90%。
[0014] 所述的平面衍射光柵、平面全反射鏡、平面全反射鏡分別放置在電動轉(zhuǎn)臺上。
[0015] 所述的光闌為圓臺形光闌，光闌內(nèi)表面拋光，其水平、堅直位置手動可調(diào)。
[0016] 所述的激光放大器為非穩(wěn)腔多程放大器。
[0017] 本發(fā)明中所述起偏器指本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的偏振片。
[0018] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0019] 1、使用種子注入激光放大器的方法，通過種子光對注入放大級中增益的有效提 取，能夠獲得大功率化學(xué)激光的選線輸出。
[0020] 2、采用種子光注入的方法，避免了放大器內(nèi)過高的功率密度對光柵造成的損傷， 可以獲得選線激光器的大功率、長時間運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0021] 3、種子激光器使用轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)光柵的方法實(shí)現(xiàn)選線輸出，可以獲得增益譜線范圍內(nèi) 任意波長的譜線輸出，通過轉(zhuǎn)臺調(diào)節(jié)注入反射鏡的角度，可以使得種子激光注入到激光放 大器中的方向保持不變。
[0022] 4、種子激光器選擇衍射光柵一級衍射腔內(nèi)振蕩、零級衍射作為激光器的耦合輸 出，可以有效降低諧振腔內(nèi)的光學(xué)損耗，適用于增益較弱的譜線的輸出。
[0023] 5采用非穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)，可以獲得高功率、優(yōu)良的光束質(zhì)量的化學(xué)激光。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明種子注入非穩(wěn)腔化學(xué)激光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 如附圖所示，本發(fā)明種子注入非穩(wěn)腔化學(xué)激光裝置，包括種子激光器、隔離器和激 光放大器；在所述種子激光器中輸出的光經(jīng)平面全反鏡I 7和平面全反鏡II 8反射進(jìn)入激 光放大器中進(jìn)行放大并將放大后的光輸出；
[0026] 所述隔離器由起偏器9和1/4波片10組成；所述起偏器9放置于鄰近平面全反射 鏡II 8 -側(cè)；所述1/4波片10放置于鄰近起偏器9另一側(cè)，且垂直于光軸a ;
[0027] 所述激光放大器包括：平凹后腔反射鏡11，所述平凹后腔反射鏡11中心設(shè)置有通 孔；用于經(jīng)隔離器單向隔離后的光通過通孔進(jìn)入激活介質(zhì)增益區(qū)12,并接收由平凸前腔反 射鏡14輸出的，穿過刮刀鏡13的光；激活介質(zhì)增益區(qū)12,用于使經(jīng)過的光放大；平凸前腔 反射鏡14,用于將所述激活介質(zhì)增益區(qū)12放大后的光輸出到所述平凹后腔反射鏡11上； 刮刀鏡13,用于將所述平凹后腔反射鏡11和所述平凸前腔反射鏡14之間放大的光由刮刀 鏡13 f禹合輸出；
[0028] 所述種子激光器由同軸設(shè)置的平凹反射鏡1、布儒斯特片I 2、種子光增益區(qū)3、布 儒斯特片II 4、光闌5、平面衍射光柵6構(gòu)成；所述平面衍射光柵6和平凹反射鏡1之間組成 諧振腔，種子光增益區(qū)3兩側(cè)設(shè)置布儒斯特片I 2和布儒斯特片II 4,在平面衍射光柵6和 布儒斯特片II 4之間設(shè)置光闌5 ;所述平面衍射光柵6鄰近所述平面全反射鏡I 7設(shè)置，并 將諧振腔中放大的光經(jīng)平面衍射光柵6零級耦合輸出到所述平面全反射鏡I 7上。
[0029] 由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的位于種子光增益區(qū)3內(nèi)的激活介質(zhì)產(chǎn)生波長范圍較寬的受激 輻射光，通過旋轉(zhuǎn)平面衍射光柵6改變其衍射角度，使得光柵的衍射波長對應(yīng)于所要選擇 激光的波長。位于種子光增益區(qū)3的輻射光經(jīng)過布儒斯特片I 2后，變?yōu)檎駝臃较蚱叫杏?入射面的線偏振光，通過圓臺形光闌5限模后，入射到平面衍射光柵6上，平面衍射光柵6 以Littrow方式放置。受激輻射光中滿足平面衍射光柵6衍射波長的部分被原路反射回種 子激光器的諧振腔內(nèi)，而其它波長的輻射光被衍射出腔外，由此被選擇波長的輻射光在平 凹反射鏡1和平面衍射光柵6所形成的諧振腔中振蕩放大，并由平面衍射光柵6的零級耦 合輸出。平面全反射鏡I 7、平面全反射鏡II 8反射分別放置于電控轉(zhuǎn)臺上，通過調(diào)整兩反 射鏡的角度保證種子激光沿激光放大器光軸的方向注入到激光放大器中。當(dāng)振動方向平行 于入射面的線偏振種子激光經(jīng)過平面全反射鏡I 7、平面全反射鏡II 8反射后，通過由通過 起偏器9、1/4波片10后變?yōu)閳A偏振光，通過平凹后腔鏡11上的圓孔進(jìn)入激光放大器，通過 激活介質(zhì)增益區(qū)12,穿過刮刀鏡13,在平凹后腔鏡11和平凸前腔反射鏡14之間進(jìn)行振蕩 放大，在非穩(wěn)腔放大器中進(jìn)行放大后的激光由刮刀鏡耦合輸出。而經(jīng)平凹后腔鏡11中心的 圓孔反射回注入光路的振蕩光通過1/4波片10后變?yōu)檎駝臃较虼怪庇谌肷涿娴木€偏振光， 由起偏器9全部反射出光路，起偏器9和1/4波片10起到對種子激光和放大激光單向隔離 的作用，以避免反饋的放大光對種子激光器造成的損傷。
[0030] 本發(fā)明通過種子激光對激光放大器的控制實(shí)現(xiàn)大功率連續(xù)化學(xué)激光的選線輸出， 具有高功率、高效率、良好的光束質(zhì)量、可單線輸出等特點(diǎn)。本發(fā)明可以應(yīng)用于HF/DF激光 器、HBr激光器及氣動C0 2激光器等系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1. 一種種子注入非穩(wěn)腔化學(xué)激光裝置，其特征在于包括種子激光器、隔離器和激光放 大器；在所述種子激光器中輸出的光經(jīng)平面全反鏡I (7)和平面全反鏡II (8)反射進(jìn)入激 光放大器中進(jìn)行放大并將放大后的光輸出； 所述隔離器由起偏器（9)和1/4波片（10)組成；所述起偏器（9)放置于鄰近平面全反 射鏡II (8)-側(cè)，且與光軸（a)之間的夾角為54. 5° ;所述1/4波片（10)鄰近起偏器（9) 的另一側(cè)，且垂直于光軸（a)方向放置； 所述激光放大器包括：平凹后腔反射鏡（11)，所述平凹后腔反射鏡（11)中心設(shè)置有通 孔；用于經(jīng)隔離器單向隔離后的光通過通孔進(jìn)入激活介質(zhì)增益區(qū)（12)，并接收由平凸前腔 反射鏡（14)輸出的并穿過刮刀鏡（13)的光；激活介質(zhì)增益區(qū)（12)，用于使經(jīng)過的光放大； 平凸前腔反射鏡（14)，用于將所述激活介質(zhì)增益區(qū)（12)放大后的光輸出到所述平凹后腔 反射鏡（11)上；刮刀鏡（13)，用于將所述平凸前腔反射鏡（14)反射到平凹后腔反射鏡（11) 上的光由刮刀鏡（13)耦合輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的種子注入非穩(wěn)腔化學(xué)激光裝置，其特征在于：所述種子激光 器由同軸設(shè)置的平凹反射鏡（1)、布儒斯特片I (2)、種子光增益區(qū)（3)、布儒斯特片II (4)、 光闌（5)、平面衍射光柵（6)構(gòu)成；所述平面衍射光柵（6)和平凹反射鏡（1)之間組成諧振 腔，種子光增益區(qū)（3)兩側(cè)設(shè)置布儒斯特片I (2)和布儒斯特片II (4)，在平面衍射光柵 (6)和布儒斯特片II (4)之間設(shè)置光闌（5);所述平面衍射光柵（6)鄰近所述平面全反射 鏡I (7)設(shè)置，并將諧振腔中放大的光經(jīng)平面衍射光柵（6)零級耦合輸出到所述平面全反 射鏡I (7)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變選線的穩(wěn)定腔氣流化學(xué)激光裝置，其特征在于：所述的 種子激光為單橫模線偏振光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的種子注入非穩(wěn)腔化學(xué)激光裝置，其特征在于：所述的衍射光 柵（6)、平面全反射鏡I (7)、平面全反射鏡II (8)分別放置在電動轉(zhuǎn)臺上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的種子注入非穩(wěn)腔化學(xué)激光裝置，其特征在于：所述的放大器 為非穩(wěn)腔多程放大器。
【文檔編號】H01S3/081GK104064943SQ201310093522
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月22日
【發(fā)明者】王元虎, 多麗萍, 唐書凱, 于海軍, 汪健, 曹靖, 康元福, 金玉奇 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所