專利名稱：一種空間濾波器及采用該空間濾波器的激光放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種空間濾波器及采用該空間濾波器的激光放大裝置，尤其是高増益多程激光放大裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)于多程激光放大裝置，其一般包括空間濾波器、激光放大器以及反射鏡。圖I中為現(xiàn)有技術(shù)激光放大裝置中的光路的示意圖。在高能量激光系統(tǒng)中，空間濾波器是其中關(guān) 鍵的技術(shù)單元之一，其光學(xué)結(jié)構(gòu)比較簡單，由一對(duì)共焦正透鏡和在公共焦點(diǎn)處的ー個(gè)小孔光闌組成?？臻g濾波器承擔(dān)著消除激光束中的高頻調(diào)制，抑制后續(xù)主放大器中的小尺度自聚焦效應(yīng)，對(duì)光束進(jìn)行像傳遞的任務(wù)。通過空間濾波器實(shí)現(xiàn)像傳遞，可減少衍射效應(yīng)，從而提高光束質(zhì)量。此外，空間濾波器還被用來擴(kuò)大光束口徑，將能量逐級(jí)變高的激光束的能量密度控制在光學(xué)破壞閾值之下。同時(shí)，空間濾波器的小孔光闌還具有一定的光隔離能力，有利于抑制自激振湯和反向激光束。傳統(tǒng)的空間濾波器中窗ロ片按圖I所示放置，窗ロ片與空間濾波器的軸線垂直，這樣放置的缺點(diǎn)是，因?yàn)榇哎砥耐干渎什豢赡苓_(dá)到100%，總會(huì)有ー些殘余的反射，當(dāng)入射激光束沿著空間濾波器的軸線傳播時(shí)，空間濾波器的兩個(gè)窗ロ片分別與激光放大器后的反射鏡形成諧振腔，激光光束在空間濾波器的窗ロ片與激光放大器后的反射鏡之間來回反射,產(chǎn)生自激振蕩。在高増益多程激光放大裝置中，自激振蕩消耗了大量的反轉(zhuǎn)粒子，當(dāng)激光再次通過激光介質(zhì)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)激光介質(zhì)中反轉(zhuǎn)粒子數(shù)變少而出現(xiàn)增益不夠的情況。由于自激振蕩的出現(xiàn)，該激光放大裝置內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)大能量的原本不需要的激光，這會(huì)對(duì)激光放大裝置以及所在系統(tǒng)的ー些光學(xué)器件帶來毀滅性損傷，可能會(huì)使整個(gè)激光放大裝置受到毀滅性損傷。尤其對(duì)高增益的多程激光放大系統(tǒng)，這種現(xiàn)象帶來的損害更大，使得該激光放大裝置可靠性較低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供ー種空間濾波器，可消除空間濾波器所在的激光放大裝置中的自激振蕩。本發(fā)明提供ー種空間濾波器，沿縱軸延伸，其具有第一窗ロ片和第二窗ロ片，激光束從第一窗ロ片入射并從第二窗ロ片透射出空間濾波器，其中至少第一窗ロ片和第二窗ロ片之一與所述縱軸非垂直。根據(jù)本發(fā)明提供的空間濾波器，其中第一窗ロ片與第二窗ロ片均與所述縱軸非垂直。根據(jù)本發(fā)明提供的空間濾波器，其中第一窗ロ片的法線與第二窗ロ片的法線在同一平面內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明提供的空間濾波器，其中第一窗ロ片的法線與第二窗ロ片的法線在不同的平面內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明提供的空間濾波器，其中第一窗ロ片的法線與第二窗ロ片的法線向不同的方向傾斜。根據(jù)本發(fā)明提供的空間濾波器，其中第一窗ロ片的法線與第二窗ロ片的法線向相同的方向傾斜。根據(jù)本發(fā)明提供的空間濾波器，其中第一窗ロ片與所述縱軸之間的夾角以及第ニ窗ロ片與所述縱軸之間的夾角被設(shè)置為使第一或第二窗ロ片的剰余反射形成的反射激光束不會(huì)入射到另ー個(gè)窗ロ片上。
根據(jù)本發(fā)明提供的空間濾波器，其中第一窗ロ片與所述縱軸之間的夾角Θ滿足tan2 9彡d/1，或者第二窗ロ片與所述縱軸之間的夾角α滿足tan2 α彡d/1，或者同時(shí)滿足tan2 Θ彡d/l、tan2a彡d/Ι，其中I為空間濾波器的長度，d為空間濾波器的口徑。本發(fā)明還提供ー種具有上述空間濾波器的激光放大裝置。本發(fā)明在空間濾波器中采用了非垂直的窗ロ片，可有效地避免激光自激振蕩的形成，且操作容易、極易實(shí)現(xiàn)。


以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)ー步說明，其中圖I為現(xiàn)有技術(shù)中的激光放大裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例I的空間濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的空間濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的空間濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4的空間濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例5的空間濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例的空間濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I本實(shí)施例提供一種空間濾波器1，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，該空間濾波器I為沿縱軸A延伸的棒狀，其具有窗ロ片SI (入射窗ロ片)和S2 (出射窗ロ片)，其中窗ロ片SI垂直于縱軸A，即窗ロ片SI的法線與縱軸A平行，而窗ロ片S2與縱軸A非垂直，即窗ロ片S2的法線N與縱軸A呈ー夾角Θ (0° < Θ <90° )，其中該圖2為沿著窗ロ片S2的法線N與縱軸A所在的平面切割該空間濾波器I而得到的截面示意圖。從圖2中可知，當(dāng)入射激光束L垂直于窗ロ片SI地入射到空間濾波器中后，入射激光束L沿縱軸A方向傳播并從窗ロ片S2射出，最后入射到與縱軸A垂直的反射鏡R上，在入射到反射鏡R之前，還像圖I中所示的那樣經(jīng)過了激光晶體，因?yàn)榧す饩w不改變激光束的方向，因此為了清晰起見在圖2中省略了激光放大器。入射激光束L在被反射鏡R反射后成為反射激光束Lrl，反射激光束Lrl原路返回并入射到窗ロ片S2上，由于窗ロ片S2的剰余反射而形成反射激光束Lr2，因?yàn)榇哎砥琒2的法線N與縱軸A之間具有夾角Θ，因此反射激光束Lr2與反射激光束Lrl之間具有夾角2 Θ，而并不是原路返回，因此不會(huì)在空間濾波器I的出射窗ロ片與反射鏡之間來回振蕩，從而有效地避免了激光自激振蕩的形成。實(shí)施例2本實(shí)施例提供一種空間濾波器2，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，該空間濾波器2為沿縱軸A延伸的棒狀，其具有窗ロ片SI (入射窗ロ片)和S2 (出射窗ロ片)，其中窗ロ片S2垂直于縱軸A，即窗ロ片S2的法線與縱軸A平行，而窗ロ片SI與縱軸A非垂直，即窗ロ片SI的法線N與縱軸A呈ー夾角Θ (0° < Θ <90° )，其中該圖3為沿著窗ロ片SI的法線N與縱軸A所在的平面切割該空間濾波器2而得到的截面示意圖。從圖3中可知，當(dāng)入射激光束L平行于縱軸A地入射到空間濾波器中后，入射激光 束L沿縱軸A方向傳播并從窗ロ片S2射出，最后入射到與縱軸A垂直的反射鏡R上，在入射到反射鏡R之前，還像圖I中所示的那樣經(jīng)過了激光晶體，因?yàn)榧す饩w不改變激光束的方向，因此為了清晰起見在圖3中省略了激光放大器。入射激光束L在被反射鏡R反射后成為反射激光束Lrl，反射激光束Lrl原路返回并透過窗ロ片S2而入射到窗ロ片SI上，由于窗ロ片SI的剰余反射而形成反射激光束Lr2，因?yàn)榇哎砥琒I的法線N與縱軸A之間具有夾角Θ，因此反射激光束Lr2與反射激光束Lrl之間具有夾角2 Θ，而并不是原路返回，因此不會(huì)在空間濾波器I的入射窗ロ片與反射鏡之間來回振蕩，從而有效地避免了激光自激振蕩的形成。實(shí)施例3本實(shí)施例提供一種空間濾波器3，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，該空間濾波器3為沿縱軸A延伸的棒狀，其具有窗ロ片SI (入射窗ロ片)和S2 (出射窗ロ片)，其中窗ロ片SI和SI均與縱軸A非垂直，窗ロ片SI的法線NI與縱軸A呈ー夾角Θ (0° < Θ <90° )，窗ロ片S2的法線N2與縱軸A呈ー夾角α (0° < α <90° )，其中窗ロ片SI的法線NI、窗ロ片S2的法線N2在同一平面上，其中該圖4為沿著法線NI、法線N2、縱軸A所在的平面切割該空間濾波器3而得到的截面示意圖。從圖4中可知，當(dāng)入射激光束L平行于縱軸A地入射到空間濾波器中后，入射激光束L沿縱軸A方向傳播并從窗ロ片S2射出，最后入射到與縱軸A垂直的反射鏡R上，在入射到反射鏡R之前，還像圖I中所示的那樣經(jīng)過了激光晶體，因?yàn)榧す饩w不改變激光束的方向，因此為了清晰起見在圖4中省略了激光放大器。入射激光束L在被反射鏡R反射后成為反射激光束Lrl，反射激光束Lrl原路返回并依次透過窗ロ片S2和窗ロ片SI，在此過程中由于窗ロ片S2的剰余反射而形成反射激光束Lr2、由于窗ロ片SI的剰余反射而形成反射激光束Lr3。因?yàn)榇哎砥琒2的法線N2與縱軸A之間具有夾角α，因此反射激光束Lr2與反射激光束Lrl之間具有夾角2 α，而并不是原路返回，因此不會(huì)在空間濾波器I的出射窗ロ片S2與反射鏡之間來回振蕩，從而有效地避免了激光自激振蕩的形成。同樣地，因?yàn)榇哎砥琒I的法線NI與縱軸A之間具有夾角Θ，因此反射激光束Lr2與反射激光束Lrl之間具有夾角2 Θ，而并不是原路返回，因此也不會(huì)在空間濾波器I的入射窗ロ片SI與反射鏡之間來回振蕩，從而有效地避免了激光自激振蕩的形成。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中窗ロ片SI的法線NI與縱軸A之間的夾角Θ與窗ロ片S2的法線N2與縱軸A之間的夾角α可以相等，也可以不相等。實(shí)施例4本實(shí)施例提供一種空間濾波器4，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，該空間濾波器4為沿縱軸A延伸的棒狀，其具有窗ロ片SI (入射窗ロ片)和S2 (出射窗ロ片)，其中窗ロ片SI和SI均與縱軸A非垂直，窗ロ片SI的法線NI與縱軸A呈ー夾角Θ (O。< Θ <90° )，窗ロ片S2的法線N2與縱軸A呈ー夾角α (0° < α <90° )，與實(shí)施例3中的空間濾波器的區(qū)別在于窗ロ片SI和窗ロ片S2的傾斜方向相同，其中窗ロ片SI的法線NI、窗ロ片S2的法線N2在同一平面上，其中該圖5為沿著法線NI、法線N2、縱軸A所在的平面切割該空間濾波器4而得到的截面示意圖，為平行四邊形。從圖5中可知，當(dāng)入射激光束L平行于縱軸A地入射到空間濾波器中后，入射激光束L沿縱軸A方向傳播并從窗ロ片S2射出，最后入射到與縱軸A垂直的反射鏡R上，在入射到反射鏡R之前，還像圖I中所示的那樣經(jīng)過了激光晶體，因?yàn)榧す饩w不改變激光束的方向，因此為了清晰起見在圖5中省略了激光放大器。入射激光束L在被反射鏡R反射后成為反射激光束Lrl，反射激光束Lrl原路返回并依次透過窗ロ片S2和窗ロ片SI，在此過程中由于窗ロ片S2的剰余反射而形成反射激光束Lr2、由于窗ロ片SI的剰余反射而形成反射激光束Lr3。因?yàn)榇哎砥琒2的法線N2與縱軸A之間具有夾角α，因此反射激光束Lr2與反射激光束Lrl之間具有夾角2 α，而并不是原路返回，因此不會(huì)在空間濾波器I的出射窗ロ片S2與反射鏡之間來回振蕩，從而有效地避免了激光自激振蕩的形成。同樣地，因?yàn)榇哎砥琒I的法線NI與縱軸A之間具有夾角Θ，因此反射激光束Lr2與反射激光束Lrl之間具有夾角2 Θ，而并不是原路返回，因此也不會(huì)在空間濾波器I的入射窗ロ片SI與反射鏡之間來回振蕩，從而有效地避免了激光自激振蕩的形成。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中窗ロ片SI的法線NI與縱軸A之間的夾角Θ與窗ロ片S2的法線N2與縱軸A之間的夾角α可以相等，也可以不相等。實(shí)施例5 在上述實(shí)施例中，提供了幾種不同的窗ロ片傾斜方式，均能夠有效地避免激光自激振蕩的形成。但是當(dāng)入射窗ロ片的傾斜角度較小吋，由于入射窗ロ片的剰余反射而形成的反射激光束可能會(huì)入射到出射窗ロ片上，這時(shí)如果出射窗ロ片的傾斜角度也較小，則出射窗ロ片的剰余反射而形成的反射激光束也可能又會(huì)入射到出射窗ロ片上，窗ロ片之間的這種多次反射并非原路返回，因此不會(huì)發(fā)生自激振蕩，但盡管如此，在實(shí)際應(yīng)用中，還是優(yōu)選為使反射激光束在空間濾波器中盡可能較少次數(shù)地被窗ロ片反射。本實(shí)施例提供了一種空間濾波器5，通過限制入射窗ロ片的傾斜角度，使入射窗ロ片的剩余反射形成的反射激光束不會(huì)入射到出射窗ロ片上，其結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2中的空間濾波器的結(jié)構(gòu)大致相同，如圖6所示，該空間濾波器5為沿縱軸A延伸的棒狀，其具有窗ロ片SI (入射窗ロ片)和S2 (出射窗ロ片)，其中窗ロ片S2垂直于縱軸Α，即窗ロ片S2的法線與縱軸A平行，而窗ロ片SI與縱軸A非垂直，即窗ロ片SI的法線N與縱軸A呈ー夾角Θ (0°< Θ <90° )，其中該圖6為沿著窗ロ片SI的法線N與縱軸A所在的平面切割該空間濾波器5而得到的截面示意圖。相對(duì)來說，入射激光束在貼近空間濾波器的長度較小的ー邊傳播時(shí)，最不容易使窗ロ片SI反射的反射激光束Lr2入射到窗ロ片SI上，因此如圖6所示，以貼近空間濾波器的長度較小的一邊傳播的入射激光束L為例來說明能夠保證反射激光束Lr2不會(huì)入射到窗ロ片SI上的邊界條件。如圖6所示，能夠保證反射激光束Lr2不會(huì)入射到窗ロ片SI上的邊界條件為
I’ ≤ 1，其中I為空間濾波器的較短邊的長度，I’為反射激光束Lr在空間濾波器的縱軸方向上的投影的長度，由此可知，當(dāng)I’ ^ I時(shí)，反射激光束Lr2不會(huì)入射到窗ロ片SI上。其中I’ =d’ /tan2 θ，因?yàn)槿肷浼す馐鳯貼近空間濾波器的長度較小的ー邊傳播，因此d’ (d為空間濾波器的口徑)，由此I’ ~d/tan2 0。由此可推出d/tan2 Θ ( I因此，tan2Θ ≥ d/1。其中由于空間濾波器為棒狀，其長度通常遠(yuǎn)大于其口徑，因此可認(rèn)為空間濾波器的沿縱軸A的較長邊和較短邊的長度基本相等，統(tǒng)稱為空間濾波器的長度，因此可用I代表空間濾波器的長度。同樣地，對(duì)于上述實(shí)施例3和實(shí)施例4中的空間濾波器，也可以利用公式tan2 Θ ^ d/1來計(jì)算出使反射激光束Lr2不會(huì)入射到窗ロ片SI上的Θ值的大致范圍。對(duì)于上述實(shí)施例I中的空間濾波器，也可以利用公式tan2 Θ彡d/Ι來計(jì)算出使窗ロ片SI的剰余反射形成的反射激光束僅經(jīng)過窗ロ片S2的一次反射，之后不會(huì)再入射到窗ロ片SI上的Θ值的大致范圍。對(duì)于其他形狀的空間濾波器，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地推導(dǎo)出使反射激光束在空間濾波器中盡可能較少次數(shù)地被窗ロ片反射的Θ值的大致范圍。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中空間濾波器不限于棒狀，也可以為其他條狀，例如截面為矩形、橢圓形等的條狀。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其中空間濾波器的兩個(gè)窗ロ片的法線可以如上述實(shí)施例那樣位于同一個(gè)平面內(nèi)，也可以位于不同的平面內(nèi)，例如如圖7所示的那樣，ー個(gè)窗ロ片在上下方向傾斜，另ー個(gè)窗ロ片朝左右方向傾斜。在優(yōu)選實(shí)施例中，使入射窗ロ片和出射窗ロ片之一的法線相對(duì)于條狀空間濾波器的縱軸傾斜的角度Θ被設(shè)計(jì)為，使反射激光束在空間濾波器中盡可能較少次數(shù)地被窗ロ片反射。在更優(yōu)選實(shí)施例中，使入射窗ロ片和出射窗ロ片之ー的法線相對(duì)于條狀空間濾波器的縱軸傾斜的角度Θ被設(shè)計(jì)為，Θ滿足tan2 0彡d/1。上述實(shí)施例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)需要在O至90°之間選擇窗ロ片的法線與空間濾波器縱軸之間的傾斜角度。最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種空間濾波器，沿縱軸延伸，其具有第一窗口片和第二窗口片，激光束從第一窗口片入射并從第二窗口片透射出空間濾波器，其中至少第一窗口片和第二窗口片之一與所述縱軸非垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空間濾波器，其中第一窗口片與第二窗口片均與所述縱軸非垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空間濾波器，其中第一窗口片的法線與第二窗口片的法線在同一平面內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空間濾波器，其中第一窗口片的法線與第二窗口片的法線在不同的平面內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空間濾波器，其中第一窗口片的法線與第二窗口片的法線向不同的方向傾斜。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空間濾波器，其中第一窗口片的法線與第二窗口片的法線向相同的方向傾斜。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空間濾波器，其中第一窗口片與所述縱軸之間的夾角以及第二窗口片與所述縱軸之間的夾角被設(shè)置為使第一或第二窗口片的剩余反射形成的反射激光束不會(huì)入射到另一個(gè)窗口片上。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空間濾波器，其中第一窗口片與所述縱軸之間的夾角Θ滿足tan2 9彡d/1，或者第二窗口片與所述縱軸之間的夾角α滿足tan2 α彡d/1，或者同時(shí)滿足tan2 Θ彡d/1、tan2 α彡d/1，其中I為空間濾波器的長度，d為空間濾波器的口徑。
9.一種具有根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的空間濾波器的激光放大裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種空間濾波器，沿縱軸延伸，其具有第一窗口片和第二窗口片，激光束從第一窗口片入射并從第二窗口片透射出空間濾波器，其中至少第一窗口片和第二窗口片之一與所述縱軸非垂直。本發(fā)明還提供一種具有上述空間濾波器的激光放大裝置。
文檔編號(hào)G02B27/46GK102681197SQ20121015858
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者唐熊忻, 樊仲維, 邱基斯 申請(qǐng)人:北京國科世紀(jì)激光技術(shù)有限公司