本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種離軸八程激光放大裝置。

背景技術(shù)：

大功率固體激光器在材料加工、粒子加速、強(qiáng)x射線產(chǎn)生和激光慣性約束聚變等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用，激光放大器作為其中的重要組成部分備受關(guān)注。由于激光材料本身特性，激光單次通過(guò)具有增益的激光材料時(shí)，大部分能量都以熱和自發(fā)輻射方式損耗掉了，能量提取效率很低，嚴(yán)重影響整個(gè)裝置的能量效率。為此，學(xué)者們研究讓激光多次通過(guò)激光材料，即多程放大，來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的充分提取。目前的多程激光放大方法主要可以分為兩類，第一類是通過(guò)偏振態(tài)的控制和諧振器反饋實(shí)現(xiàn)多程放大，第二類是通過(guò)幾何光學(xué)方法，使得放大后的激光經(jīng)過(guò)反射或散射元件等多次經(jīng)過(guò)放大器。第二類方法簡(jiǎn)單、能量利用率高，但多次放大后激光光束質(zhì)量不好，難以滿足要求。因此如果對(duì)光束質(zhì)量有非常高要求的激光器裝置，一般都采用第一類方法。專利cn201010152454.2中公開(kāi)了一種基于第一類方法實(shí)現(xiàn)的放大程數(shù)可控的激光多程放大裝置，能量提取效率可以做到很高，理論可以達(dá)到100％，但由于是同軸放大，加上偏振元件的消光比極限限制，當(dāng)一個(gè)單脈沖激光經(jīng)過(guò)多程放大后，輸出激光脈沖時(shí)間波形會(huì)出現(xiàn)多個(gè)脈沖尖峰，影響激光脈沖的信噪比，若要不影響使用則需要加一個(gè)電光開(kāi)關(guān)進(jìn)行削波，增加了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度和可靠性；文獻(xiàn)“mlspaeth,krmanesandet.al.descriptionoftheniflaser，fusionscienceandtechnology,2016”中第31頁(yè)公開(kāi)了一種基于第一類方法實(shí)現(xiàn)的四程離軸激光放大器裝置和方法，通過(guò)該方法，激光放大器的能量利用率得到了提高，輸出激光信噪比高，但效率仍然<50％。

因此有必要研究如何進(jìn)一步提高激光放大器的能量利用率，同時(shí)輸出激光脈沖信噪比高的激光放大器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種離軸八程激光放大裝置，在保證輸出激光的信噪比情況下，解決了傳統(tǒng)激光放大器能量利用率較低的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明公開(kāi)了一種離軸八程激光放大裝置，沿著激光傳播方向依次由第一偏振分光棱鏡(1)、二分之一波片(2)、第一45°法拉第旋光器(3)、第二偏振分光棱鏡(4)、電光開(kāi)關(guān)(5)、第三偏振分光棱鏡(6)、第一空間濾波器(7)、激光放大頭(8)、第二45°法拉第旋光器(9)、第二空間濾波器(10)、第一0°反射鏡(11)、第一45°反射鏡(12)、第二0°反射鏡(13)、第三0°反射鏡(14)、第二45°反射鏡(15)和第三空間濾波器(16)組成。所述偏振分光棱鏡、二分之一波片、45°法拉第旋光器、偏振分光棱鏡、電光開(kāi)關(guān)控制激光的偏振態(tài)，所述反射鏡控制激光傳播方向，所述空間濾波器控制激光的離軸量、改善激光光束質(zhì)量并抑制自激。

進(jìn)一步，所述電光開(kāi)關(guān)5的工作電壓為激光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的二分之一波電壓。

進(jìn)一步，所述二分之一波片(2)和第一45°法拉第旋光器(3)的組合使沿正向傳播的水平/垂直偏振光經(jīng)過(guò)所述組合后偏振態(tài)不改變，但反射回來(lái)的反向激光經(jīng)過(guò)所述組合后偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°。

進(jìn)一步，所述二分之一波片(2)和第一45°法拉第旋光器(3)的組合使正向傳播的水平/垂直偏振光經(jīng)過(guò)所述組合后偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°，但反射回來(lái)的反向激光經(jīng)過(guò)所述組合后偏振態(tài)不改變。

進(jìn)一步，所述空間濾波器由兩塊透鏡、密封管、小孔板組成。兩塊透鏡是共焦的，且分別位于密封管的兩端，小孔板位于兩塊透鏡共焦的焦平面上。

進(jìn)一步，所述第一空間濾波器中小孔板上的小孔數(shù)量為4，小孔大小相同；所述第二空間濾波器中小孔板上的小孔數(shù)量為4，小孔大小相同；所述第三空間濾波器中小孔板上的小孔數(shù)量為1。

進(jìn)一步，所述第一空間濾波器中的4個(gè)小孔與所述第二空間濾波器中的4個(gè)小孔滿足共軛成像關(guān)系，所述第三空間濾波器中小孔與激光第一次經(jīng)過(guò)第一空間濾波器的小孔滿足共軛成像關(guān)系。

進(jìn)一步，所述空間濾波器中的小孔尺寸和小孔之間的間隔是根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

進(jìn)一步，所述第一0°反射鏡、第二0°反射鏡、第三0°反射鏡與激光放大頭中心滿足共軛成像關(guān)系。

本發(fā)明的有益效果如下：

1、本發(fā)明中公開(kāi)了一種八程激光放大器裝置，激光經(jīng)過(guò)該裝置后實(shí)現(xiàn)八次能量提取，可以極大提高激光放大器裝置的能量利用率。

2、本發(fā)明采用離軸放大和小孔像共軛技術(shù)，確保輸出脈沖的信噪比不受影響。

3、本發(fā)明中利用嚴(yán)格像傳遞技術(shù)，能明顯改善輸出激光的光束質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1為第一實(shí)施例中所提供的裝置示意圖；

圖2為第一實(shí)施例中八程放大過(guò)程的偏振態(tài)變化。

圖3為第一實(shí)施例中空間濾波器小孔板示意圖，(a)第一空間濾波器，(b)第二空間濾波器，(c)第三空間濾波器。

圖4為第一實(shí)施例中八程放大中依次經(jīng)過(guò)的空間濾波器小孔序號(hào)。

圖5為第一實(shí)施例中傳統(tǒng)技術(shù)與本發(fā)明的能量提取效率對(duì)比，(a)傳統(tǒng)離軸四程放大，(b)本發(fā)明公開(kāi)的離軸八程放大。

圖中：1—偏振分光棱鏡，2—二分之一波片，3—第一45°法拉第旋光器，4—偏振分光棱鏡，5—電光開(kāi)關(guān)、6—偏振分光棱鏡、7—第一空間濾波器、8—激光放大頭、9—第二45°法拉第旋光器、10—第二空間濾波器、11—第一0°全反鏡、12—第一45°反射鏡、13—第二0°反射鏡、14—第三0°反射鏡、15—第二45°反射鏡、16—第三空間濾波器、701—第一空間濾波器的前透鏡、702—第一空間濾波器密封管、703—第一空間濾波器小孔板、704—第一空間濾波器后透鏡、1001—第二空間濾波器的前透鏡、1002—第二空間濾波器密封管、1003—第二空間濾波器小孔板、1004—第二空間濾波器后透鏡、1601—第三空間濾波器的前透鏡、1602—第三空間濾波器密封管、1603—第三空間濾波器小孔板、1604—第三空間濾波器后透鏡。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，基于本申請(qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的其它類同實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

本實(shí)施例如圖1所示，注入激光從左端注入，經(jīng)過(guò)第一偏振分光棱鏡(1)后，偏振態(tài)變?yōu)閜偏振，經(jīng)過(guò)二分之波片(2)和第一45°法拉第旋光器(3)后，偏振態(tài)仍然為p偏振，然后通過(guò)第二偏振分光棱鏡(4)進(jìn)入由第一0°反射鏡(11)、第二0°反射鏡(13)、第三0°反射鏡以及之間的光學(xué)元件組成的八程放大腔體中，經(jīng)過(guò)八次放大后以p偏振光從第二分光棱鏡(4)中輸出，再次經(jīng)過(guò)二分之波片(2)和第一45°法拉第旋光器(3)后，偏振態(tài)變?yōu)閟偏振，從第一偏振分光棱鏡(1)反射，隨后通過(guò)第二45°反射鏡(15)和第三空間濾波器(16)并輸出。

激光在八程放大腔體中的偏振態(tài)變化以及放大過(guò)程如圖2所示，第一程放大時(shí)，電光開(kāi)關(guān)(5)沒(méi)加電壓，從第二偏振分光鏡(4)注入的p偏振激光經(jīng)過(guò)電光開(kāi)關(guān)(5)后還是p偏振。(i)經(jīng)第三偏振分光棱鏡(6)、第一空間濾波器(7)后，第一次經(jīng)過(guò)激光放大頭(8)，完成一程放大；(ii)再經(jīng)過(guò)第二45°法拉第旋光器(9)、第二空間濾波器(10)和第一0°反射鏡后返回第二次經(jīng)過(guò)激光放大頭(8)，完成二程放大，此時(shí)偏振態(tài)為s偏振；(iii)該s偏振激光返回到第三偏振分光棱鏡(6)后反射到第一45°反射鏡(12)后射到第二0°反射鏡，再次反射并返回，第三次經(jīng)過(guò)激光放大頭(8)，完成三程放大；(iv)再經(jīng)過(guò)第一0°全反鏡后返回，第四次經(jīng)過(guò)激光放大頭(8)，完成四程放大，此時(shí)激光偏振態(tài)為p偏振。從第三偏振分光棱鏡(6)輸出，此時(shí)電光開(kāi)關(guān)(5)已加二分之一波電壓，p偏振激光經(jīng)過(guò)加電的電光開(kāi)關(guān)后變?yōu)閟偏振，從第二偏振分光棱鏡(4)反射到第三0°反射鏡(14)，反射回電光開(kāi)關(guān)，此時(shí)電光開(kāi)關(guān)仍處于二分之一波電壓，經(jīng)過(guò)后s偏振變?yōu)閜偏振，再次重復(fù)過(guò)程(i)、(ii)、(iii)和(iv)，再次完成四程放大，最后注入激光總共經(jīng)過(guò)八程放大后輸出。

由于偏振分光棱鏡對(duì)p偏振和s偏振光的消光比限制，第二、四、六和八程放大后的激光經(jīng)過(guò)第三偏振分光棱鏡(6)和第二偏振分光棱鏡(4)后均會(huì)有一部分光從輸出第一偏振分光棱鏡(1)反射輸出，從而導(dǎo)致輸出脈沖的時(shí)間波形中出現(xiàn)多個(gè)尖峰，影響輸出脈沖信噪比。為了克服該問(wèn)題，本實(shí)施例中采用空間濾波器小孔像共軛技術(shù)，三個(gè)空間濾波器的小孔板示意圖如圖3所示。第一空間濾波器(7)和第二空間濾波器(10)的小孔板上有四個(gè)小孔，第三空間濾波器(16)小孔板有一個(gè)小孔。小孔共軛成像關(guān)系為：第一空間濾波器小孔板(703)的1、2、3和4號(hào)孔，通過(guò)第一空間濾波器后透鏡(704)和第二空間濾波器前透鏡(1001)，分別與第二空間濾波器小孔板(1003)的1、2、3和4號(hào)孔成像；第一空間濾波器小孔板(703)的1號(hào)孔，通過(guò)第一空間濾波器前透鏡(701)和第三空間濾波器前透鏡(1601)，與第三空間濾波器小孔板(1603)的14號(hào)孔成像。通過(guò)嚴(yán)格成像關(guān)系后，經(jīng)過(guò)第一空間濾波器小孔板(703)1號(hào)孔的光必然經(jīng)過(guò)第二空間濾波器小孔板(1003)小孔板的1號(hào)孔，以此類推。

假設(shè)激光第一次從第一空間濾波器小孔板的1號(hào)孔通過(guò)，那么整個(gè)八程放大過(guò)程中，第一空間濾波器(7)小孔序號(hào)和第二空間濾波器(10)小孔序號(hào)如圖4所示。從圖中可以看出，從第二、四、六、八程輸出的激光經(jīng)過(guò)第一空間濾波(7)小孔的序號(hào)分別為2、4、3、1，輸出脈沖波形中會(huì)出現(xiàn)四個(gè)尖峰，但由于第三空間濾波器(16)只有一個(gè)小孔，且該小孔至于第一空間濾波器(7)的1號(hào)孔共軛，也就是只有從第一空間濾波器(7)1號(hào)孔輸出的激光(第八程放大激光)才能通過(guò)第三空間濾波器(16)，因此第二、四、六程的激光會(huì)被第三空間濾波器小孔板(1603)遮擋掉，不會(huì)傳輸?shù)捷敵龆?，從而保證輸出脈沖的信噪比。

傳統(tǒng)離軸四程和本發(fā)明離軸八程放大的能量提取效率如圖5所示，(a)為傳統(tǒng)離軸四程放大的能量提取效率與輸入能量的關(guān)系，(b)為本實(shí)施例所公開(kāi)的離軸八程放大中能量提取效率與輸入能量的關(guān)系，從圖中可以明顯看出，離軸八程放大的效率明顯高于離軸四程放大的效率。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。