新型棒狀激光放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及高功率固體激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，設(shè)及新型棒狀激光放大 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾十年里，高功率固體激光器技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，許多國家先后建立了超 大規(guī)模的激光驅(qū)動(dòng)器。作為中、高功率水平的激光驅(qū)動(dòng)器中的重要組成部分，棒狀激光放大 器因其超高的能量/功率放大能力而得到廣泛研究。到目前為止，棒狀激光放大器的輸出 能量在數(shù)毫焦到數(shù)百焦耳水平，單程增益倍數(shù)在幾到幾十范圍內(nèi)。目前由于單級(jí)單程棒狀 放大器的放大能力始終是非常有限的，難W滿足系統(tǒng)對(duì)輸出能量的要求，因此棒狀放大器 均采用口徑變化的多級(jí)棒狀放大器或單級(jí)多程棒狀放大器組成。但考慮到單級(jí)多程棒狀放 大器對(duì)光束波前崎變的嚴(yán)重影響和設(shè)計(jì)復(fù)雜度，同時(shí)為了提高整個(gè)系統(tǒng)的能量提取效率， 口徑變化的多級(jí)棒狀放大器成為研究熱點(diǎn)。
[0003] 在口徑變化的多級(jí)棒狀放大器設(shè)計(jì)中，末級(jí)大口徑棒狀放大器設(shè)計(jì)是非常困難 的，運(yùn)主要是因?yàn)樵黾影魻钤鲆娼橘|(zhì)的口徑會(huì)帶來下面幾個(gè)問題。
[0004] 第一，棒狀增益介質(zhì)口徑越大，增益介質(zhì)的體積越大，所需要的累浦能量越多，因 此對(duì)氣燈的輸出能力提出了很高的要求；
[0005] 第二，增加增益介質(zhì)的口徑會(huì)帶來非常差的增益均勻性，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的波前崎 變；
[0006] 第=，增益介質(zhì)的口徑越大，放大器工作過程中在增益介質(zhì)橫截面上的溫度梯度 分布越明顯，運(yùn)種溫度分布會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的熱應(yīng)力和熱致雙折射，進(jìn)一步影響激光光束的波 前。
[0007] 因此，棒狀激光放大器的性能有待進(jìn)一步提高，尤其需要一種增益均勻性好，熱管 理好的大口徑棒狀激光放大器。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，從激光放大器的增益能力、增益均勻性和效率 出發(fā)，本實(shí)用新型提供新型棒狀激光放大器，其具體的技術(shù)方案如下：
[0009] 新型棒狀激光放大器，其包括腔體1，所述腔體1由下方的支撐件7支撐；所述腔 體1為柱形結(jié)構(gòu)，腔體1設(shè)置進(jìn)水口 5和出水口 6 ;腔體1中屯、軸線方向上設(shè)置直徑為78~ 82mm的棒狀增益介質(zhì)4 ;與腔體1中屯、軸線平行的軸線方向上由內(nèi)向外依次設(shè)置有氣燈組 與反射器2。
[0010] 進(jìn)一步，所述氣燈組由8支相對(duì)腔體軸屯、線呈圓形對(duì)稱分布的氣燈3組成；所述8 支氣燈串聯(lián)成一個(gè)回路。
[0011] 進(jìn)一步，所述氣燈3的氣燈的外徑是35~39mm，內(nèi)徑是30~32mm。
[0012] 進(jìn)一步，所述棒狀增益介質(zhì)4中屯、軸線與氣燈3中屯、軸線之間的距離為66. 5mm。
[0013] 進(jìn)一步，所述反射器2由兩塊相同的半圓柱形反射器拼起來構(gòu)成，拼接部分留有 縫隙，反射器的內(nèi)表面鍛有金膜。
[0014] 進(jìn)一步，所述棒狀增益介質(zhì)4為欽玻璃棒。
[0015] 本實(shí)用新型的有益效果如下：
[0016] 1、相比于現(xiàn)有棒狀放大器，本發(fā)明中根據(jù)現(xiàn)有工藝水平，采用直徑大的氣燈作為 累浦源，在相同氣燈數(shù)量的情況下，極大提高了氣燈的累浦能量密度，從而提高了棒狀增益 介質(zhì)的增益能力。
[0017] 2、本發(fā)明采用氣燈對(duì)稱分布和圓柱形反射器的結(jié)合，提高了棒狀增益介質(zhì)上的增 益均勻性，減小了由于增益分布不均勻性帶來的波前崎變。
[0018] 3、本發(fā)明采用全腔水冷，讓氣燈和增益介質(zhì)直接放置于水中，能提高散熱能力，減 小了熱應(yīng)力和熱致雙折射對(duì)光束質(zhì)量的影響。
[0019] 4、本發(fā)明從效率和增益能力出發(fā)，通過合理設(shè)計(jì)氣燈組的數(shù)目、排布和供電參數(shù)， 保證了放大器的增益能力，同時(shí)系統(tǒng)的能量利用率很高。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本實(shí)用新型的新型棒狀激光放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為本實(shí)用新型的新型棒狀激光放大器的軸向截面圖。
[0022] 圖中標(biāo)號(hào)含義：
[0023] 1 :腔體；2 :反射器；3 :氣燈；4 :棒狀增益介質(zhì)；5 :進(jìn)水口；6 :出水口；7 :支撐件。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 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。
[0025] 實(shí)施例1 :
[0026] 本實(shí)施例如圖1所示，新型棒狀激光放大器，包括腔體1、反射器2、氣燈3、棒狀增 益介質(zhì)4、進(jìn)水口 5、出水口 6和支撐件7。整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)出圓柱形結(jié)構(gòu)。各組件的位置關(guān)系 是，棒狀增益介質(zhì)4位于圓柱形腔體1軸屯、線方向排布，從圓柱形腔體1的軸屯、線往外依次 是反射器2和氣燈3。腔體1還設(shè)置進(jìn)水口 5與出水口 6。冷卻水從進(jìn)水口 5進(jìn)入，對(duì)激光 放大器冷卻后從出水口 6流出，整個(gè)結(jié)構(gòu)固定在支撐件7上面。
[0027] 本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選方案如圖2所示，8支氣燈3中屯、均勻排布在欽玻璃棒3的同 屯、圓上，氣燈3之間的距離和角度相同。
[002引此外，棒狀增益介質(zhì)4中屯、軸線與氣燈3中屯、軸線之間的距離優(yōu)選設(shè)置66. 5mm。
[0029] 反射器2由兩塊完全相同的半圓柱形反射器拼接構(gòu)成，拼接部分留有縫隙，保證 冷卻水能滲透進(jìn)入和滲透出反射器2，反射器的內(nèi)表面優(yōu)選鍛有金膜。
[0030] 冷卻水從進(jìn)水口 5進(jìn)入，并通過圓柱形反射器的縫隙擴(kuò)散到整個(gè)腔體，與欽玻璃 棒和氣燈直接接觸，對(duì)激光放大器冷卻后從出水口 6流出。
[0031] 在本實(shí)施例中，棒狀增益介質(zhì)4為欽玻璃棒，欽玻璃棒和氣燈的參數(shù)如下：
陽034] 對(duì)于棒狀激光放大器而言，小信號(hào)增益系數(shù)、增益均勻性和增益倍數(shù)是很重要的 幾個(gè)參數(shù)，各個(gè)參數(shù)的定義如下：
[00對(duì) 4,,二4/抽-。)左
[0036] 其中，g。是小信號(hào)增益系數(shù)，a是吸收系數(shù)，L是增益棒的長度，I1。是輸入激光能 量，I。。,是輸出激光能量。
[0037] 增益倍數(shù)定義為輸出能量與輸入能量的比值，即i。,, //,,, 。
[0038] 一般而言，由于欽玻璃板存在一定厚度，因此氣燈光照射到欽玻璃棒上會(huì)產(chǎn)生一 定的能量密度分布梯度，邊緣分布較高，中屯、較低，運(yùn)里增益均勻性定義為欽玻璃棒中屯、增 益與邊緣增益的比值。
[0039] 根據(jù)本實(shí)施例，得到的棒狀激光放大器的小信號(hào)增益系數(shù)、增益均勻性和增益倍 數(shù)如下：
陽041] 此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加W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，說明書的運(yùn)種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可W經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員 可W理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 新型棒狀激光放大器，其特征在于：包括腔體（1)，所述腔體（1)由下方的支撐件 (7)支撐；所述腔體⑴為柱形結(jié)構(gòu)，腔體⑴設(shè)置進(jìn)水口（5)和出水口（6);腔體⑴中心 軸線方向上設(shè)置直徑為78~82mm的棒狀增益介質(zhì)（4);與腔體（1)中心軸線平行的軸線 方向上由內(nèi)向外依次設(shè)置有氙燈組與反射器（2)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型棒狀激光放大器，其特征在于：所述氙燈組由8支相對(duì) 腔體軸心線呈圓形對(duì)稱分布的氙燈（3)組成；所述8支氙燈串聯(lián)成一個(gè)回路。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型棒狀激光放大器，其特征在于：所述氙燈（3)的氙燈的 外徑是35~39mm，內(nèi)徑是30~32mm〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型棒狀激光放大器，其特征在于：所述棒狀增益介質(zhì)（4) 中心軸線與氙燈（3)中心軸線之間的距離為66. 5mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型棒狀激光放大器，其特征在于：所述反射器（2)由兩塊 相同的半圓柱形反射器拼起來構(gòu)成，拼接部分留有縫隙，反射器的內(nèi)表面鍍有金膜。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型棒狀激光放大器，其特征在于：所述棒狀增益介質(zhì)（4) 為釹玻璃棒。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供新型棒狀激光放大器，包括腔體1，所述腔體1由下方的支撐件7支撐；所述腔體1為柱形結(jié)構(gòu)，腔體1中心軸線方向上設(shè)置直徑為78～82mm的棒狀增益介質(zhì)4；與腔體1中心軸線平行的軸線方向上由內(nèi)向外依次設(shè)置有氙燈組與反射器2。本實(shí)用新型采用直徑相對(duì)較大的氙燈作為泵浦源，極大提高了氙燈的泵浦能量密度，從而提高了棒狀增益介質(zhì)的增益能力；同時(shí)，通過合理設(shè)計(jì)氙燈組的數(shù)目、排布和供電參數(shù)，保證了增益介質(zhì)表面上氙燈光輻射的均勻性；將反射器設(shè)計(jì)為柱形結(jié)構(gòu)，工藝簡單同時(shí)反射均勻性好。
【IPC分類】H01S3/092, H01S3/093, H01S3/042
【公開號(hào)】CN205092412
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520877063
【發(fā)明人】陳林, 陳遠(yuǎn)斌, 姚軻, 劉建國, 賀少勃, 劉勇, 謝旭東, 范琛, 高松, 唐軍, 盧振華, 朱啟華, 胡東霞, 鄭奎興, 粟敬欽
【申請(qǐng)人】中國工程物理研究院激光聚變研究中心
【公開日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年11月5日