一種種子注入放大環(huán)形腔化學(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放大環(huán)形腔化學(xué)激光裝置，該裝置沿激光的輸出方向依次設(shè)置有平面衍射光柵、布儒斯特片、增益介質(zhì)區(qū)、布儒斯特片、平凹輸出鏡、平面全反射鏡、起偏器、1/4波片、平凹后腔鏡、激活介質(zhì)增益區(qū)、平面全反射鏡、平面全反射鏡、刮刀鏡、平凸前腔鏡。本發(fā)明激光裝置使用選線的種子激光通過衍射光柵耦合注入到環(huán)形非穩(wěn)腔化學(xué)激光放大器中，利用種子激光模式與非穩(wěn)腔放大器腔模之間的競(jìng)爭(zhēng)來實(shí)現(xiàn)種子激光對(duì)環(huán)形非穩(wěn)腔放大器的控制，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)用于激光材料加工、激光物理、激光對(duì)抗等領(lǐng)域。
【專利說明】-種種子注入放大環(huán)形腔化學(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環(huán)形腔化學(xué)激光器。

【背景技術(shù)】
[0002] 化學(xué)激光器是迄今為止所有激光器中輸出功率和輸出能量最高的激光器。由于其 具有高功率、高效率、放大性能好、較好的大氣傳輸窗口等優(yōu)點(diǎn)，在激光物理、激光化學(xué)、材 料加工、激光對(duì)抗等領(lǐng)域具有十分廣闊和重要的應(yīng)用。目前，許多連續(xù)波化學(xué)激光器如HF/ DF激光器、HBr激光器等均是多譜線輸出，而在實(shí)際工作中往往要求激光器以某些特定波 長運(yùn)轉(zhuǎn)，在這種情況下激光器的單譜線運(yùn)轉(zhuǎn)變得十分有意義。
[0003] 閃耀光柵能夠把光能轉(zhuǎn)移并集中到具有極強(qiáng)色散本領(lǐng)的一級(jí)光譜上，通常用在激 光器的腔內(nèi)作為選線器件，通過調(diào)整入射到閃耀光柵上光的角度來實(shí)現(xiàn)所需波長的激光的 輸出。金屬基底尤其是水冷型金屬基底閃耀光柵具有較高的抗損傷特性，可以應(yīng)用于功率 相對(duì)較高的激光器中，但對(duì)于高功率化學(xué)激光器尤其是長時(shí)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(huì)對(duì)閃耀光柵造成不可修復(fù)的損傷，從而無法實(shí)現(xiàn)激光器的選線輸 出。采用種子注入放大的方法可以實(shí)現(xiàn)大功率激光器的選線輸出，但由于在此波長范圍內(nèi)， 沒有非常有效的光隔離系統(tǒng)，通常采用的駐波腔放大器所形成的反饋光依然會(huì)對(duì)種子激光 器造成損害。而且駐波腔強(qiáng)度噪聲較大、閾值較高，并不利于激光器單線單模運(yùn)行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種種子注入環(huán)形腔放大化學(xué)激光裝置， 該裝置可以通過對(duì)種子激光的行波放大實(shí)現(xiàn)大功率連續(xù)化學(xué)激光的選線輸出，具有高功 率、噪聲低、良好的頻率特性和光束質(zhì)量、可選線輸出等特點(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] -種種子注入放大環(huán)形腔化學(xué)激光裝置，包括種子激光器、注入放大級(jí)和隔離器， 在所述種子激光器中輸出的光經(jīng)平面全反射鏡反射進(jìn)入隔離器，經(jīng)隔離器單向隔離后進(jìn)入 所述注入放大級(jí)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一 偵牝且與光軸之間的夾角為54.5° ;所述1/4波片放置于鄰近偏振片另一側(cè)，且垂直于光 軸；
[0008] 所述注入放大級(jí)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)，并接收平凸前腔反射鏡輸出 的光；激活介質(zhì)增益區(qū)，用于使經(jīng)過的光放大；平面全反鏡I，用于反射所述激活介質(zhì)增益 區(qū)放大輸出的光；平面全反鏡II，用于反射平面全反鏡I輸出的光；刮刀鏡，用于匯聚平面 全反鏡II輸出的光，并將注入放大級(jí)中放大的光在刮刀鏡上耦合輸出；平凸前腔反射鏡，用 于將穿過所述刮刀鏡的光反射到所述平凹后腔反射鏡上。
[0009] 本發(fā)明上述技術(shù)方案中，所述種子激光器由同軸設(shè)置的平面衍射光柵、光闌、布儒 斯特片I、增益介質(zhì)區(qū)、布儒斯特片II、平凹輸出耦合鏡構(gòu)成；所述平面衍射光柵和平凹輸 出耦合鏡之間組成諧振腔，增益介質(zhì)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I之間設(shè)置光闌；所述平凹輸出耦合鏡鄰近所述平面全反射鏡設(shè)置。
[0010] 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。
[0011] 本發(fā)明激光裝置的工作過程如下：種子激光器內(nèi)的平面衍射光柵為被放置在 電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上，以Littrow方式放置，其角度為選線波長所對(duì)應(yīng)的衍射角度，滿足光柵方程 (其中0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 1/420_，m為衍射級(jí)次)。當(dāng)激光器工作時(shí)，由化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的種子光增益區(qū)內(nèi)的激活介 質(zhì)產(chǎn)生受激輻射光，當(dāng)這些輻射光入射到平面衍射光柵上時(shí)，滿足光柵一級(jí)衍射波長的光 沿原路返回，其它波長的光被衍射出諧振腔外，返回的輻射光在平凹耦合鏡和平面衍射光 柵所形成的諧振腔之間振蕩放大，并由平凹耦合鏡耦合輸出。種子激光器內(nèi)的布儒斯特片 使得腔內(nèi)的振蕩光變?yōu)檎駝?dòng)方向平行于入射面的線偏振光，用來減小腔內(nèi)的光損耗，腔內(nèi) 的光闌使得輸出的種子激光的模式為基模。輸出的種子激光經(jīng)全反射鏡反射后，經(jīng)過光隔 離器單向隔離后，通過環(huán)形腔放大器平凹后腔鏡上的圓孔進(jìn)入注入放大級(jí)中進(jìn)行放大，光 隔離器起到對(duì)放大器中反射回來的振蕩光進(jìn)行單向隔離的作用。進(jìn)入到注入放大級(jí)中的種 子光通過放大器的激活介質(zhì)增益區(qū)時(shí)，提取增益區(qū)內(nèi)的激活粒子，產(chǎn)生受激輻射放大，放大 后的輻射光由注入放大級(jí)內(nèi)的平面反射鏡、平凸前腔鏡、平凹后腔鏡反射，以環(huán)形前進(jìn)方式 再次進(jìn)入激活介質(zhì)增益區(qū)內(nèi)進(jìn)行行波放大，如此循環(huán)往復(fù)，并由刮刀鏡耦合輸出。
[0012] 所述的衍射光柵為金屬基底閃耀光柵，其刻線數(shù)為420線/_，一級(jí)衍射效率大于 97%。
[0013] 所述的平面衍射光柵放置在電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上。
[0014] 所述的種子激光器中平面衍射光柵以Littrow方式放置，種子激光以一級(jí)衍射振 蕩，由平凹輸出耦合鏡耦合輸出到所述平面全反射鏡上。
[0015] 所述布儒斯特片I和布儒斯特片II與光軸之間的角度54. 5°
[0016] 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。
[0017] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0018] 1、使用種子注入激光放大的方法，通過種子激光對(duì)注入放大級(jí)的控制，可獲得大 功率化學(xué)激光的選線輸出。
[0019] 2、激光放大器采用環(huán)形腔，有效避免了由注入放大級(jí)反饋到注入光路中過高的功 率密度對(duì)種子激光器造成的損傷和影響。且與駐波腔相比，行波腔具有輸出激光光束質(zhì)量 好、強(qiáng)度噪聲低、閾值低等優(yōu)點(diǎn)，更有利于激光器的選線運(yùn)行。
[0020] 3、種子激光器中，平面衍射光柵以Littrow自準(zhǔn)直方式放置，使用電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn) 光柵的方法實(shí)現(xiàn)選線輸出。激光器以光柵一級(jí)振蕩，輸出f禹合鏡輸出，方法簡單，易于操作， 且注入光路調(diào)節(jié)便捷。
[0021] 4、注入放大級(jí)采用非穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)，可以獲得優(yōu)良的光束質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明種子注入環(huán)形腔放大化學(xué)激光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 如附圖所示，本發(fā)明種子注入放大環(huán)形腔化學(xué)激光裝置，包括種子激光器1、注入 放大級(jí)2和隔離器3,在所述種子激光器1中輸出的光經(jīng)平面全反射鏡7反射進(jìn)入隔離器 3,經(jīng)隔離器3單向隔離后進(jìn)入所述注入放大級(jí)2中進(jìn)行放大并將放大后的光輸出；
[0024] 種子激光器包括沿輸出激光前進(jìn)方向依次設(shè)置的平面衍射光柵11、光闌12、布儒 斯特片I 13、種子光增益區(qū)14、布儒斯特片II 15、平凹輸出耦合鏡16 ;
[0025] 隔離器3由起偏器31和1/4波片32組成；所述起偏器31放置于鄰近平面全反射 鏡7 -側(cè)，且與光軸a之間的夾角為54. 5° ;所述1/4波片32放置于鄰近起偏器31另一 偵牝且垂直于光軸a;
[0026] 所述注入放大級(jí)2包括：平凹后腔反射鏡21，所述平凹后腔反射鏡21中心設(shè)置有 通孔；激活介質(zhì)增益區(qū)22,平面全反鏡I 23,平面全反鏡II 24,刮刀鏡25,平凸前腔反射鏡 26
[0027] 種子激光器內(nèi)的平面衍射光柵11為被放置在電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上，以Littrow方式放置。 通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)使得平面衍射光柵11的衍射角為所選波長激光所對(duì)應(yīng)的角度。當(dāng)種子激光 器工作時(shí)，由化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的種子光增益區(qū)14的激活介質(zhì)產(chǎn)生不同波長的受激輻射光， 當(dāng)這些輻射光通過布儒斯特片I 13、光闌12后入射到平面衍射光柵11上時(shí)，滿足一級(jí)衍 射波長的光沿入射方向反射回腔內(nèi)，其它波長的光被衍射出腔外。反射回的輻射光通過光 闌12、布儒斯特片I 13、種子光增益區(qū)14、布儒斯特片II 15、經(jīng)平凹輸出耦合鏡16反射，并 在平凹輸出耦合鏡16和平面衍射光柵11所形成的諧振腔之間振蕩放大，由平凹耦合鏡耦 合16輸出線偏振的基模種子激光。種子激光經(jīng)全反射鏡7反射后，經(jīng)過起偏器31、1/4波 片32組成的光隔離器，通過注入放大級(jí)平凹后腔鏡21上的圓孔進(jìn)入注入放大級(jí)中進(jìn)行放 大。光隔離器起到對(duì)注入放大級(jí)中反饋回來的放大光進(jìn)行單向隔離的作用。進(jìn)入到注入放 大級(jí)中的種子光穿過注入放大級(jí)的激活介質(zhì)增益區(qū)22時(shí)，提取注入放大級(jí)工作時(shí)化學(xué)反 應(yīng)所產(chǎn)生的增益區(qū)內(nèi)的激活粒子，產(chǎn)生受激輻射放大。放大后的輻射光由平面全反鏡I 23、 平面全反鏡II 24反射，穿過刮刀鏡25,經(jīng)過平凸前腔鏡26、平凹后腔反射鏡21反射再次進(jìn) 入激活介質(zhì)增益區(qū)22進(jìn)行放大，如此循環(huán)往復(fù)。種子激光在由平凹后腔鏡21、平面全反鏡 I 23、平面全反鏡II 24反射、平凸前腔鏡26所組成的環(huán)形非穩(wěn)腔中振蕩放大，最后由刮刀 鏡25耦合輸出，獲得大功率選線激光。
[0028] 本發(fā)明通過種子激光對(duì)注入放大級(jí)的控制實(shí)現(xiàn)大功率連續(xù)化學(xué)激光的選線輸出， 激光放大器采用環(huán)形非穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)，具有損耗小、功率高、良好的光束質(zhì)量、可選線輸出等特 點(diǎn)，且不會(huì)對(duì)種子激光造成損傷。本發(fā)明可以應(yīng)用于HF/DF激光器、HBr激光器及氣動(dòng)C0 2 激光器等系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1. 一種種子注入放大環(huán)形腔化學(xué)激光裝置，其特征在于包括種子激光器（1)、注入放 大級(jí)（2)和隔離器（3)，在所述種子激光器（1)中輸出的光經(jīng)平面全反射鏡（7)反射進(jìn)入隔 離器（3)，經(jīng)隔離器（3)單向隔離后進(jìn)入所述注入放大級(jí)（2)中進(jìn)行放大并將放大后的光輸 出； 所述隔離器（3)由起偏器（31)和1/4波片（32)組成；所述起偏器（31)放置于鄰近平 面全反射鏡（7) -側(cè)，且與光軸（a)之間的夾角為54. 5° ;所述1/4波片（32)鄰近起偏器 (31)另一側(cè)，且垂直于光軸（a)方向放置； 所述注入放大級(jí)（2)包括：平凹后腔反射鏡（21)，所述平凹后腔反射鏡（21)中心設(shè)置 有通孔；用于經(jīng)隔離器（3)單向隔離后的光通過通孔進(jìn)入激活介質(zhì)增益區(qū)（22)，并接收平 凸前腔反射鏡（26)輸出的光；激活介質(zhì)增益區(qū)（22)，用于使經(jīng)過的光放大；平面全反鏡I (23)，用于反射所述激活介質(zhì)增益區(qū)（22)放大輸出的光；平面全反鏡II (24)，用于反射平 面全反鏡I (23)輸出的光；刮刀鏡（25)，用于匯聚平面全反鏡II (24)輸出的光，并將注入 放大級(jí)中放大的光在刮刀鏡（25)上耦合輸出；平凸前腔反射鏡（26)，用于將穿過所述刮刀 鏡（25)的光反射到所述平凹后腔反射鏡（21)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的種子注入放大環(huán)形腔化學(xué)激光裝置，其特征在于：所述種子 激光器（1)由同軸設(shè)置的平面衍射光柵（11)、光闌（12)、布儒斯特片I (13)、增益介質(zhì)區(qū) (14)、布儒斯特片II (15)、平凹輸出耦合鏡（16)構(gòu)成；所述平面衍射光柵（11)和平凹輸出 耦合鏡（16)之間組成諧振腔，增益介質(zhì)區(qū)（14)兩側(cè)設(shè)置布儒斯特片I (13)和布儒斯特片 II (15)，在平面衍射光柵（11)和布儒斯特片（13)之間設(shè)置光闌（12);所述平凹輸出耦合鏡 (16)鄰近所述平面全反射鏡（7)設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的種子注入放大環(huán)形腔化學(xué)激光裝置，其特征在于：所述的種 子激光為單模線偏振光。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的種子注入放大環(huán)形腔化學(xué)激光裝置，其特征在于：所述的種 子激光器（1)中平面衍射光柵（11)以Littrow方式放置，種子激光以一級(jí)衍射振蕩，由平凹 輸出耦合鏡（16)耦合輸出到所述平面全反射鏡（7)上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的種子注入放大環(huán)形腔化學(xué)激光裝置，其特征在于：所述的衍 射光柵（11)放置在電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上。
【文檔編號(hào)】H01S3/081GK104064944SQ201310095019
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所