本實用新型涉及重頻工作下的高功率固體激光放大器技術領域，具體而言，涉及一種多程激光放大器。

背景技術：

高效率、高重頻的大功率固體激光器在材料加工、粒子加速、強X射線產生和激光慣性約束聚變等領域具有非常廣泛的應用，多程激光放大器作為其中的重要組成部分備受關注。多程激光放大器通過多次提取放大器中的儲能，極大提高了激光放大器的能量提取效率，但是對于重頻工作下的多程激光放大器，放大器工作中產生的大量廢熱不能及時排出，放大器增益介質出現明顯的熱致雙折射現象，使得激光出現熱退偏和熱致波前畸變，當激光多次經過放大器后熱退偏和熱致波前畸變多次疊加并進一步惡化，最終使得輸出激光能量降低、輸出激光光束質量變差。目前，重頻的多程激光放大器主要采用基于Zag-zag的片狀放大器，利用片狀結構較好的散熱特性并配上良好的熱管理系統(tǒng)，可以實現高重頻、大能量的激光輸出，但輸出光束質量不是很理想。

因此一種高重頻的高質量多程激光放大器設計成為一種需求。

技術實現要素：

針對上述現有技術中存在的問題，本實用新型提供一種適用于大能量、重頻工作下的多程激光放大器，解決了傳統(tǒng)多程激光放大器中激光輸出光束質量不理想的問題，同時通過多程可控放大技術能進一步提高了激光放大器的效率。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：一種多程激光放大器，沿著激光注入方向包括近場整形模塊I、隔離與輸入輸出模塊II和多程放大器腔體模塊III，所述隔離與輸入輸出模塊II處設置有波前測量模塊IV，同時從隔離與輸入輸出模塊II輸出一束測量光到波前測量模塊IV

進一步，所述近場整形模塊I沿著激光注入方向依次設置有偏振片(101)、空間光調制器(102)和偏振片(103)，用于改善輸出激光的近場質量。

進一步，所述空間光調制器(102)為電尋址液晶、光尋址液晶或相位板。

進一步，所述隔離與輸入輸出模塊II沿著激光注入方向依次設置有偏振片(201)、二分之一波片(202)、第一45°法拉第旋光器(203)和偏振片(204)，所述二分之一波片(202)的光軸與水平方向的夾角為22.5°，所述第一45°法拉第旋光器(203)的旋轉方向與所述二分之一波片設置的方向相反。

進一步，所述多程放大器腔體模塊III由沿著激光注入方向的主光路和平行于激光注入方向的側光路組成，所述主光路沿著激光注入方向依次設置有偏振片(301)、四分之一波片(302)、電光開關(303)、第一空間濾波器(304)、第二45°法拉第旋光器(305)、激光放大頭(306)、第三45°法拉第旋光器(307)、第二空間濾波器(308)、波前矯正器(309)，所述側光路設置有全反鏡(310)。

進一步，所述多程放大器腔體模塊III中的四分之一波片(302)的光軸與水平方向的夾角為45°。

進一步，所述多程放大器腔體模塊III中的電光開關(303)工作時的電壓為四分之一波電壓。

進一步，所述多程放大器腔體模塊III中的波前校正器(309)為變形鏡、相位共軛鏡或液晶光調制器。

進一步，所述波前測量模塊IV由偏振片(402)和波前傳感器(401)構成。

進一步，所述第一空間濾波器(304)和第二空間濾波器(308)滿足成像共軛關系，空間光調制器、激光放大頭中心、波前矯正器、全反鏡和波前傳感器通過第一空間濾波器和第二空間濾波器相互成像。

本實用新型的有益效果如下：

1、相比于現有技術，本實用新型中采用基于四分之一波片和電光開關的多程可控放大技術，使得激光在放大器腔內的放大次數可控，不僅可以靈活改變放大器的輸出能量，同時能提高激光放大器的能量提取效率。

2、相比于現有技術，本實用新型采用基于空間光調制器的近場整形模塊和嚴格像傳遞技術，明顯改善了輸出激光的近場質量。

3、相比于現有技術，本實用新型設置的波前測量模塊IV，采用波前實時測量和波前主動控制技術，實現了波前畸變實時校正，提高了輸出激光的遠場質量。

4、相比于現有技術，采用單個激光放大頭加兩個45°法拉第旋光器的方法，實現了熱退偏的完全補償，解決了重頻工作的熱問題。

附圖說明

圖1為本實用新型的裝置示意圖；

圖2為本實用新型中不同放大程數的激光輸出波形；

圖3為本實用新型中激光輸出的近場光斑圖案；

圖中：101—偏振片，102—空間光調制器，103—偏振片，201—偏振片，202—四分之一波片，203—第一45°法拉第旋光器，204—偏振片，301—偏振片，302—四分之一波片，303—電光開關，304—第一空間濾波器，305—第二45°法拉第旋光器，306—激光放大頭，307—第三45°法拉第旋光器，308—第二空間濾波器，309—波前矯正器，310—全反鏡，401—波前傳感器，402—偏振片；

圖1中In端是激光注入端，位于偏振片101處平行于光路的箭頭表示激光的注入方向，Out端是激光輸出端，位于偏振片402處垂直于光路的箭頭表示激光的輸出方向。

具體實施方式

為了使本領域的人員更好地理解本實用新型的技術方案，下面結合本實用新型的附圖，對本實用新型的技術方案進行清楚、完整的描述，基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的其它類同實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。

實施例一：

如圖1所示，一種多程激光放大器，沿著激光注入方向包括近場整形模塊I、隔離與輸入輸出模塊II和多程放大器腔體模塊III，所述隔離與輸入輸出模塊II處設置有波前測量模塊IV，同時從隔離與輸入輸出模塊II輸出一束測量光到波前測量模塊IV。所述近場整形模塊I沿著激光注入方向依次設置有偏振片101、空間光調制器102和偏振片103，采用基于空間光調制器的近場整形模塊和嚴格像傳遞技術，明顯改善了輸出激光的近場質量，所述空間光調制器102為電尋址液晶、光尋址液晶或相位板。

所述隔離與輸入輸出模塊II沿著激光注入方向依次設置有偏振片201、二分之一波片202、第一45°法拉第旋光器203和偏振片204，所述二分之一波片202的光軸與水平方向的夾角為22.5°，所述第一45°法拉第旋光器(203)的旋轉方向與所述二分之一波片設置的方向相反，本模塊完成主激光的輸入和輸出。

所述多程放大器腔體模塊III由沿著激光注入方向的主光路和平行于激光注入方向的側光路組成，所述主光路沿著激光注入方向依次設置有偏振片301、四分之一波片302、電光開關303、第一空間濾波器304、第二45°法拉第旋光器305、激光放大頭306、第三45°法拉第旋光器307、第二空間濾波器308、波前矯正器309，所述側光路設置有全反鏡310；所述多程放大器腔體模塊III中的四分之一波片302的光軸與水平方向的夾角為45°；所述多程放大器腔體模塊III中的電光開關303工作時的電壓為四分之一波電壓；所述多程放大器腔體模塊III中的波前校正器309為變形鏡、相位共軛鏡或液晶光調制器。所述波前測量模塊IV由偏振片402和波前傳感器401構成。所述第一空間濾波器304和第二空間濾波器308滿足成像共軛關系，空間光調制器、激光放大頭中心、波前矯正器、全反鏡和波前傳感器通過第一空間濾波器和第二空間濾波器相互成像，本模塊主要對主激光進行高質量放大。

本實施例以應用非常廣的釹玻璃作為激光放大器增益介質為例，對本實用新型進行描述。增益介質采用截面為8mm×8mm、長度為15cm的方形棒，激光放大頭采用LD作為泵浦源，泵浦方式為四面對稱泵浦，泵浦功率60kW，空間光調制器102為電尋址液晶，液晶分辨率為：1024×768，波前矯正器309為25個驅動器的變形鏡，波前探測器為哈特曼波前傳感器401，第一空間濾波器304的兩個透鏡焦距比為2:1，第二空間濾波器308的兩個透鏡焦距比為1:4。

種子激光從In端注入，經過電尋址液晶整形后，通過隔離與輸入輸出模塊II后進入多程放大器腔體模塊III，多程放大器腔體模塊III由全反鏡310、偏振片301、變形鏡和之間的光學元件構成，其中，四分之一波片302和電光開關303用于控制激光放大程數，使得激光在放大器腔內的放大次數可控，不僅可以靈活改變放大器的輸出能量，同時能提高激光放大器的能量提取效率；第二45°法拉第旋光器305和第三45°法拉第旋光器307用于熱退偏補償；變形鏡用于波前畸變校正；第一空間濾波304和第二空間濾波器308用于高頻濾波、像傳遞和光束口徑變換，第一空間濾波器304將電尋址液晶102和全反鏡310上的像傳遞激光放大頭306中心，同時對光束口徑進行2:1縮束，第二空間濾波器308將激光放大頭306的中心成像到變形鏡表面，同時將光束口徑按照1:4擴束，以滿足最佳波前校正口徑。

在激光放大器工作過程中，首先確定放大程數，然后調節(jié)電光開關303的時序和工作時間，從輸出端觀察輸出激光時序，當激光時序中呈現單個脈沖并且激光在放大器腔體內走的程數為設定的程數下即可完成。圖2是不同放大程數的脈沖時間波形，對于任何程數的放大，輸出激光波形都只有一個脈沖，說明系統(tǒng)的消光比高和熱退偏完全，接著在變形鏡不加電壓情況下，用哈特曼波前傳感器401測量輸出激光的波前畸變，然后利用迭代算法慢慢給變形鏡加電壓，當哈特曼波前傳感器401測量的波前畸變量很小時停止，最后用電尋址液晶102對注入激光近場進行整形以匹配增益介質的增益均勻性，輸出近場均勻的光斑。圖3為八程放大后的近場圖案，呈現出標準的高階高斯平頂近場，近場均勻。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。