本實(shí)用新型屬于高功率固體激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種基于波前畸變校正的多程激光放大器。

背景技術(shù)：

從激光放大器實(shí)用新型到現(xiàn)在，良好的激光光束質(zhì)量和高平均功率一直是學(xué)者們追求的目標(biāo)，尤其是激光光束質(zhì)量，其優(yōu)劣性直接決定了激光器的應(yīng)用范圍。激光的遠(yuǎn)場質(zhì)量是衡量激光光束質(zhì)量的重要指標(biāo)，而遠(yuǎn)場質(zhì)量可以通過近場的波前畸變量表征，因此，目前大部分提高激光遠(yuǎn)場質(zhì)量的方法是通過控制激光波前畸變量實(shí)現(xiàn)。

到目前為止，控制波前畸變的方法可分為主動(dòng)控制和被動(dòng)控制，主動(dòng)控制主要是利用有源器件，比如變形鏡、液晶等，被動(dòng)控制主要利用無源器件，比如受激布里淵散射、相位板等。主動(dòng)控制的適用范圍廣，控制精度較高，但控制算法復(fù)雜。以基于變形鏡的主動(dòng)控制為例，通過給變形鏡各個(gè)驅(qū)動(dòng)器上加不同電壓，使得變形鏡表面呈現(xiàn)于波前畸變互補(bǔ)的面型，從而實(shí)現(xiàn)波前畸變校正，但是只要改變激光器的工作條件就需要對(duì)波前進(jìn)行重新補(bǔ)償，而且補(bǔ)償算法比較復(fù)雜。被動(dòng)控制簡單，但適用范圍受限。以基于受激布里淵散射的被動(dòng)控制方法為例，其最大的優(yōu)勢在于不需要任何人為控制，具有波前畸變的激光經(jīng)過受激布里淵散射器件后會(huì)自動(dòng)完成波前校正，但受激布里淵散射器件利用材料的非線性效應(yīng)，因此，具有一定的閾值，也就是對(duì)于能量較低的激光其波前補(bǔ)償效果不好，而且也會(huì)對(duì)激光脈沖波形進(jìn)行改變，而對(duì)于某些具體應(yīng)用(比如激光慣性約束聚變)需要脈沖波形保持不變，這種方法的應(yīng)用受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的種種不足，為了解決上述問題，現(xiàn)提出一種基于波前畸變校正的多程激光放大器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：

一種基于波前畸變校正的多程激光放大器，包括主光路和側(cè)光路，沿著激光注入方向，所述主光路為直線式結(jié)構(gòu)，其依次包括偏振分束鏡、1/4波片、電光晶體、第一空間濾波器、第一旋光器、激光放大頭、第二旋光器、第二空間濾波器、第一體布拉格光柵、第二體布拉格光柵和第一全反鏡，所述第一體布拉格光柵和第二體布拉格光柵均為一維結(jié)構(gòu)，且兩者柵線方向相互垂直，所述側(cè)光路由第二全反鏡構(gòu)成，所述第二全反鏡與主光路平行設(shè)置，由第二全反鏡反射的激光經(jīng)偏振分束鏡再次注入主光路中。

進(jìn)一步，所述第一空間濾波器包括第一透鏡和第二透鏡，且兩個(gè)透鏡的焦距比為2：1，所述第二全反鏡與激光放大頭中心通過第一空間濾波器相互成像。

進(jìn)一步，所述第二空間濾波器包括第三透鏡和第四透鏡，且兩個(gè)透鏡的焦距比為1：1，所述第一全反鏡與激光放大頭中心通過第二空間濾波器相互成像。

進(jìn)一步，所述第一旋光器、第二旋光器均為法拉第旋光器，且兩者對(duì)激光偏振態(tài)進(jìn)行同向旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步，所述第一旋光器、第二旋光器均為法拉第旋光器，且兩者對(duì)激光偏振態(tài)進(jìn)行異向旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步，所述第一旋光器、第二旋光器對(duì)激光偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)角度均為45°。

進(jìn)一步，所述電光晶體的光軸平行于激光注入方向，其工作電壓為激光波長對(duì)應(yīng)的1/4波電壓。

進(jìn)一步，所述1/4波片的光軸與激光注入方向的夾角為45°。

本實(shí)用新型的有益效果是：

1、本實(shí)用新型采用第一旋光器和第二旋光器對(duì)熱退偏進(jìn)行補(bǔ)償，采用第一體布拉格光柵和第二體布拉格光柵消除波前畸變中高頻分量，進(jìn)行波前畸變校正，同時(shí)，在1/4波片和電光晶體的控制下實(shí)現(xiàn)多程放大，可以獲得光束質(zhì)量良好的光斑。

2、采用兩個(gè)體布拉格光柵對(duì)激光波前中的高頻成分進(jìn)行濾波，屬于被動(dòng)控制方法，控制方法簡單，適用范圍廣。

3、本實(shí)用新型采用的波前校正方法不屬于非線性效應(yīng)，沒有閾值特性，對(duì)于各種能量段的激光均適用，同時(shí)能保證激光脈沖波形的保形放大。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的第一體布拉格光柵和第二體布拉格光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中：1—偏振分束鏡、2—1/4波片、3—電光晶體、4—第一空間濾波器、5—第一旋光器、6—激光放大頭、7—第二旋光器、8—第二空間濾波器、9—第一體布拉格光柵、10—第二體布拉格光柵、11—第一全反鏡、12—第二全反鏡。

圖1中In端是激光注入端，Out端是激光輸出端，圖2中箭頭表示激光注入方向。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合本實(shí)用新型的附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(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)施例一：

如圖1-2所示，一種基于波前畸變校正的多程激光放大器，包括主光路和側(cè)光路，沿著激光注入方向，所述主光路包括直線式設(shè)置的偏振分束鏡1、1/4波片2、電光晶體3、第一空間濾波器4、第一旋光器5、激光放大頭6、第二旋光器7、第二空間濾波器8、第一體布拉格光柵9、第二體布拉格光柵10和第一全反鏡11，其中，電光晶體3的光軸平行于激光注入方向，第二旋光器7用于補(bǔ)償激光放大頭6產(chǎn)生的熱退偏，第一旋光器5用于補(bǔ)償?shù)诙馄?對(duì)激光偏振態(tài)的改變，所述側(cè)光路由第二全反鏡12構(gòu)成，所述第二全反鏡12與主光路平行設(shè)置，由第二全反鏡12反射的激光經(jīng)偏振分束鏡1再次注入主光路中。

由于重頻工作下的激光放大頭6會(huì)產(chǎn)生較多的廢熱，由于熱的分布不均勻，使得激光產(chǎn)生波前畸變。第一體布拉格光柵9、第二體布拉格光柵10通過衍射效應(yīng)，將波前畸變中的高頻分量和低頻分量分開，所述第一體布拉格光柵9和第二體布拉格光柵10均為一維結(jié)構(gòu)，且兩者柵線方向相互垂直，高頻分量衍射角大，低頻分量衍射角小，最終的效果是高頻分量由于衍射角大，受放大器腔體中的光闌限制不能在放大器腔體中多次放大，而低頻成分能不受光闌限制繼續(xù)在放大器腔體中傳輸放大，實(shí)現(xiàn)波前畸變校正。

所述第一空間濾波器4包括第一透鏡和第二透鏡，且兩個(gè)透鏡的焦距比為2：1，所述第一透鏡的焦距為2f，第二透鏡的焦距為f，第一透鏡和第二透鏡的間距為3f，所述第二全反鏡12與第一透鏡的距離為2f，激光放大頭6中心位置與第二透鏡的距離為f，所述第二全反鏡12與激光放大頭6中心通過第一空間濾波器4相互成像，所述第二空間濾波器8包括第三透鏡和第四透鏡，且兩個(gè)透鏡的焦距比為1：1，所述第三透鏡、第四透鏡的焦距均為f，且兩者間距為2f，所述第一全反鏡12與第四透鏡的距離為f，激光放大頭6中心位置與第三透鏡的距離為f，所述第一全反鏡11與激光放大頭6中心通過第二空間濾波器8相互成像，第一空間濾波器4和第二空間濾波器8滿足成像共軛關(guān)系，即第二全反鏡12、第一全反鏡11和激光放大頭6通過第一空間濾波器4和第二空間濾波器8相互成像，采用嚴(yán)格像傳遞的方法，使得激光放大頭6的任意截面經(jīng)過像傳遞、第一全反鏡11、第二全反鏡12回到原來的位置。

激光放大頭6處于工作狀態(tài)時(shí)，以釹玻璃作為增益介質(zhì)為例，增益介質(zhì)采用8mm×8mm、長度為15cm的方形棒，激光放大頭6采用LD作為泵浦源，泵浦方式為四面對(duì)稱泵浦，泵浦功率60kW，激光偏振態(tài)的變化、熱退偏補(bǔ)償以及波前畸變校正原理如下：

首先，激光經(jīng)過偏振分束鏡1后的偏振態(tài)為水平偏振光，由于1/4波片2的光軸與激光注入方向的夾角為45°，激光經(jīng)過1/4波片2后變?yōu)閳A偏振光，之后依次經(jīng)過電光晶體3、第一空間濾波器4、第一旋光器5，激光的偏振態(tài)仍然為圓偏振，其表達(dá)式為：其中，E_p(x,y)和E_s(x,y)分別表示增益介質(zhì)截面不同位置處激光的水平分量和垂直分量，θ表示激光偏振方向與水平方向的夾角，由于增益介質(zhì)的熱致雙折射，圓偏振光經(jīng)過增益介質(zhì)后變?yōu)闄E圓偏振光，其水平分量和垂直分量表達(dá)式為：

其中，A_p(x,y)和A_s(x,y)分別表示不同位置激光的水平分量和垂直分量的振幅，δ(x,y)表示不同位置激光的水平偏振和垂直偏振光的相位延時(shí)量；

然后，熱退偏的補(bǔ)償實(shí)質(zhì)上是指讓增益介質(zhì)截面上各點(diǎn)的水平分量、垂直分量均獲得相等的相位延遲，因此，如能保證從增益介質(zhì)截面出射的光線經(jīng)過反射后，其偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°且反射后仍然經(jīng)過出射點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)熱退偏的完全補(bǔ)償。橢圓偏振光經(jīng)過第二旋光器7、第二空間濾波器8、第一體布拉格光柵9、第二體布拉格光柵10、第一全反鏡11，所述第一旋光器5、第二旋光器7均為法拉第旋光器，兩者對(duì)激光偏振態(tài)進(jìn)行同向旋轉(zhuǎn)，且兩者對(duì)激光偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)角度均為45°，也就是說，橢圓偏振光每經(jīng)過一次法拉第旋光器，其偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)45°，經(jīng)激光放大頭6出射的激光兩次經(jīng)過第二旋光器7，即激光的偏振態(tài)發(fā)生90°改變，對(duì)放大過程產(chǎn)生的熱退偏進(jìn)行了補(bǔ)償，同時(shí)，第一體布拉格光柵9和第二體布拉格光柵10消除波前畸變中高頻分量，實(shí)現(xiàn)波前畸變校正，橢圓偏振光經(jīng)第一全反鏡11反射后，在第二次經(jīng)過激光放大頭6前，其水平分量和垂直分量表達(dá)式為：

由于第一空間濾波器4、第二空間濾波器8的存在，以增益介質(zhì)上任意截面為物平面，經(jīng)過第二空間濾波器8并反射回增益介質(zhì)上的像仍然在原來的位置，即δ(x,y)＝δ′(x,y)，實(shí)現(xiàn)了熱退偏的完全補(bǔ)償，因此，激光第二次經(jīng)過激光放大頭6后，其水平分量和垂直分量表達(dá)式為：

即第二次經(jīng)過激光放大頭6后，激光偏振態(tài)又變回圓偏振，而對(duì)于第二旋光器7對(duì)激光偏振態(tài)的改變，經(jīng)第一旋光器5進(jìn)行了補(bǔ)償，圓偏振光在第二次經(jīng)過1/4波片2后變?yōu)榇怪逼窆?，從偏振分束鏡1反射到側(cè)光路上，完成雙程放大；

最后，對(duì)電光晶體3施加工作電壓，其工作電壓為激光波長對(duì)應(yīng)的1/4波電壓，施加電壓后的電光晶體3相當(dāng)于1/4波片2的效果，經(jīng)側(cè)光路返回的激光經(jīng)過偏振分束鏡1反射后再次注入主光路中，垂直偏振光先經(jīng)過1/4波片2變?yōu)閳A偏振光，重復(fù)以上放大、補(bǔ)償及校正過程，在第四次經(jīng)過1/4波片2后變?yōu)榇怪逼窆猓瑥钠穹质R1反射到側(cè)光路上，完成四程放大，直至激光完成n-2程放大，取消電光晶體3上施加的工作電壓，經(jīng)側(cè)光路返回的垂直偏振光先經(jīng)過1/4波片2變?yōu)閳A偏振光，激光在第n次經(jīng)過1/4波片2后變?yōu)樗狡窆猓瓿蒼程放大的水平偏振光透射過偏振分束鏡1并輸出。

在其他一些實(shí)施例中，所述第一旋光器5、第二旋光器7均為法拉第旋光器，且兩者對(duì)激光偏振態(tài)進(jìn)行異向旋轉(zhuǎn)。

以上已將本實(shí)用新型做一詳細(xì)說明，以上所述，僅為本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例而已，當(dāng)不能限定本實(shí)用新型實(shí)施范圍，即凡依本申請(qǐng)范圍所作均等變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本實(shí)用新型涵蓋范圍內(nèi)。