專利名稱：一種基于受激布里淵散射的共線串行組束裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光的串行組束裝置，屬于光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光組束是一種通過對多束小能量、低功率激光進(jìn)行合成來獲取大能量、 高功率激光輸出的技術(shù)手段。目前在大能量、高功率激光器方面應(yīng)用的多為固 體脈沖激光器，現(xiàn)有的組束方法中，在固體脈沖激光器方面多是利用非線性光 學(xué)相位共軛原理來實現(xiàn)。非線性光學(xué)相位共軛原理并行組束中主要的一種就是
受激布里淵散射(SBS，是一種將前向傳輸光信號的光功率轉(zhuǎn)移給后向散射光 和聲子場的非線性效應(yīng))相位共軛并行組束。在固體脈沖激光器應(yīng)用方面，SBS 相位共軛并行組束主要分為重疊耦合并行組束、后向注入種子光并行組束(引 自文獻(xiàn)《受激布里淵散射相位共軛組束的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景》，丁迎春，呂 志偉，趙曉彥等著.激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2000,37(5):7-12)和獨立介質(zhì)池并行 組束。
重疊耦合并行組束和后向注入種子光并行組束由于都是把多束激光聚焦 在同一個介質(zhì)池中，系統(tǒng)的負(fù)載集中，在光束數(shù)較多時，介質(zhì)池中的激光能量 過高，會帶來其他的非線性效應(yīng)，并且會打壞介質(zhì)。因此具有系統(tǒng)的負(fù)載不高， SBS后向反射率較低的缺點。
圖2給出了 SBS重疊耦合結(jié)構(gòu)(100)并行組束的原理圖。從激光器(101)輸 出的激光被偏振分束板(PBS)(102)分為兩束，其中一束s波通過45。全反鏡(103) 后通過增益介質(zhì)(108)放大，然后經(jīng)四分之一波片(簡稱QW) (104)后通過聚焦 透鏡(106)進(jìn)入介質(zhì)池(107)。另一束p波經(jīng)過增益介質(zhì)(109)放大，然后經(jīng)QW (105)后通過聚焦透鏡(106)進(jìn)入介質(zhì)池(107)。兩束光在介質(zhì)池(107)中由于具有 相同的聲波場從而實現(xiàn)兩束光的相位鎖定。通過SBS原理后向散射后，s波經(jīng) QW(104)后變?yōu)閜波，然后通過增益介質(zhì)(108)經(jīng)全反鏡(103)反射后通過 PBS(102)透射輸出；p波經(jīng)QW(105)后變?yōu)閟波，然后通過增益介質(zhì)(109)后經(jīng) PBS(102)r反射輸出。由于雙光束在介質(zhì)中的重疊耦合相位鎖定，輸出的激光為相干合成輸出。從圖2可以看出，由于重疊耦合結(jié)構(gòu)(100)中多束激光聚焦 在同一個介質(zhì)池中，會使系統(tǒng)的負(fù)載集中，在光束數(shù)較多時，介質(zhì)池中的激光 能量過高，會帶來其他的非線性效應(yīng)，甚至?xí)驂慕橘|(zhì)。
SBS重疊耦合并行組束是通過兩束光在介質(zhì)池中相互耦合實現(xiàn)光束相位 的鎖定，受兩光束在介質(zhì)池中的重疊位置，光束間距等影響較大，而且反射率 不高。在此基礎(chǔ)上，人們提出了后向注入種子光并行組束模型。圖3給出了 SBS后向注入種子光結(jié)構(gòu)(200)并行組束的基本原理。從激光器中分出的另外 一束光產(chǎn)生通過與介質(zhì)池(208)中同樣的介質(zhì)來產(chǎn)生一束種子光(209)，會聚 在介質(zhì)池(208)中的兩束光通過外部引出的種子光209來實現(xiàn)相位的鎖定。用 于組束的兩束光的傳輸過程與圖2中一致。圖3中201為PBS， 202為45°全 反鏡，203、 204為增益介質(zhì)，205、 206為QW， 207為聚焦透鏡.。利用后向 注入種子光結(jié)構(gòu)(200)進(jìn)行組束的方法，兩束光的相位鎖定實質(zhì)上是對種子 光相位信息的再現(xiàn)，是種子光的放大過程，不是相位共軛過程。同樣這種方法 也存在系統(tǒng)負(fù)載集中的問題。
針對前兩種方法負(fù)載不高的特點，韓國KAIST大學(xué)的Hong Jin Kong提 出了獨立介質(zhì)池SBS并行組束(Hong Jin Kong， Seong Ku Lee, Dong Won Lee. Beam combined laser fbsion driver with high power and high repetition rate using stimulated Brillouin scattering phase conjugation mirrors and self-phase-locking. Laser and Particle Beams, 2005， 23:55-59)，其特點是，每個子光束采用一個獨 立的介質(zhì)池來實現(xiàn)相位共軛，使系統(tǒng)的負(fù)載分散，但由于各獨立介質(zhì)池之間的 無關(guān)，因此需要對每個子光束的能量進(jìn)精確的控制。但是，由于此種方法是通 過控制激光束的能量水平來控制聲波場的產(chǎn)生時間，因此對光束的能量穩(wěn)定性 要求很高。
圖4給出了 SBS獨立介質(zhì)池結(jié)構(gòu)(300)并行組束原理圖。在獨立介質(zhì)池結(jié) 構(gòu)(300)中，參與組束的激光束通過介質(zhì)池(308， 309)以及凹面全反鏡(310， 311) 來實現(xiàn)相位鎖定。具體過程是前向傳輸?shù)募す馐鴷c通過凹面全反鏡(310， 311)返回的光束相干形成駐波，駐波的形成會固定聲波場的產(chǎn)生位置，而通過 控制光束的能量可以控制聲波場的產(chǎn)生時間，在聲波場的產(chǎn)生位置和時間都確 定的情況下，也就確定了介質(zhì)池(308， 309)內(nèi)產(chǎn)生的SBS后向共軛光的相位，從而實現(xiàn)了兩光束相位的鎖定。在獨立介質(zhì)池結(jié)構(gòu)(300)外部分，光束的傳輸 與圖2—致。圖4中，301為激光器，302為PBS， 303為45。全反鏡，304、 305為增益介質(zhì)，306、 307為QW。這種方案中存在的問題是由于是通過控 制激光束的能量水平來控制聲波場的產(chǎn)生時間，因此對光束的能量穩(wěn)定性要求 很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服重疊耦合并行組束和后向注入種子光并行組束結(jié)構(gòu) 的系統(tǒng)負(fù)載不高，SBS后向反射率較低的缺點，同時克服獨立介質(zhì)池SBS并 行組束對光束的能量穩(wěn)定性要求高的問題，提出了一種基于受激布里淵散射的 共線串行組束裝置。
本發(fā)明由n個共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元和n-l個全反鏡組成，n個共線布 里淵放大結(jié)構(gòu)單元通過n-l個全反鏡串行連接，共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元由第 一偏振片、第一l/4波片、介質(zhì)池、第二l/4波片、第二偏振片、1/2波片和 光學(xué)陷阱組成，沿光軸依次設(shè)置有第一偏振片、第一l/4波片、介質(zhì)池、第二 1/4波片和第二偏振片，第一偏振片和第一 1/4波片依次透射沿光軸入射的p 波種子光并轉(zhuǎn)換成圓偏振光注入介質(zhì)池中；第二偏振片和第二 1/4波片依次透 射沿光軸入射的p波抽運光并轉(zhuǎn)換成圓偏振光注入介質(zhì)池中；介質(zhì)池中放大p 波種子光后的殘余的p波抽運光經(jīng)第一 1/4波片透射并轉(zhuǎn)換成s波抽運光入射 至第一偏振片，第一偏振片反射所述s波抽運光至光學(xué)陷阱中，介質(zhì)池中的p 波種子光被p波抽運光放大后入射至第二 1/4波片，第二 1/4波片透射放大后 的p波種子光并轉(zhuǎn)換成s波種子光入射至第二偏振片，所述s波種子光經(jīng)第二 偏振片反射改變光路后入射到1/2波片，經(jīng)1/2波片透射并轉(zhuǎn)換成p波種子光 入射至全反鏡，所述p波種子光經(jīng)全反鏡2反射改變光路后進(jìn)入下一級共線布 里淵放大結(jié)構(gòu)單元，n為自然數(shù)，且n〉1。
本發(fā)明的優(yōu)點是
1、 抽運光對種子光放大，通過改變介質(zhì)池的長度來改變兩束光相互作用 長度，能在保持高效放大的前提下適應(yīng)不同能量水平光束的組束需要；
2、 通過偏振片與1/4波片相匹配的辦法，在對線偏振光進(jìn)行組束時，可 以實現(xiàn)多束抽運光先后注入到不同的介質(zhì)池完成對種子光的放大作用，同時可以很好的提取放大后的種子光；
3、 一個介質(zhì)池注入一束抽運光使系統(tǒng)的負(fù)載分散，可以提升組束系統(tǒng)的 負(fù)載能力；
4、 共線布里淵放大結(jié)構(gòu)可以同比擴束，隨著組束級次的增多，可以通過 擴束來提高組束系統(tǒng)的適應(yīng)能力；
5、 對參與組束的各光束的能量穩(wěn)定性要求不高。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是背景技術(shù)中SBS重疊耦合結(jié)構(gòu)并行 組束的原理示意圖，圖3是背景技術(shù)中SBS后向注入種子光結(jié)構(gòu)并行組束的 原理示意圖，圖4是背景技術(shù)中SBS獨立介質(zhì)池結(jié)構(gòu)并行組束的原理示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式由n個共線 布里淵放大結(jié)構(gòu)單元1和n-l個全反鏡2組成，n個共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元 1通過n-l個全反鏡2串行連接，共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元1由第一偏振片1-1、 第一 1/4波片1-2、介質(zhì)池1-3、第二 1/4波片1-4、第二偏振片1-5、 1/2波片 1-6和光學(xué)陷阱1-7組成，沿光軸依次設(shè)置有第一偏振片1-1、第一 1/4波片 l國2、介質(zhì)池1-3、第二 1/4波片1-4和第二偏振片1-5，第一偏振片1-1和第一 1/4波片1-2依次透射沿光軸入射的p波種子光3并轉(zhuǎn)換成圓偏振光注入介質(zhì) 池1-3中；第二偏振片1-5和第二 1/4波片1-4依次透射沿光軸入射的p波抽 運光4并轉(zhuǎn)換成圓偏振光注入介質(zhì)池1-3中；介質(zhì)池1-3中放大p波種子光3 后的殘余的p波抽運光4經(jīng)第一 1/4波片1-2透射并轉(zhuǎn)換成s波抽運光4入射 至第一偏振片1-1，第一偏振片1-1反射所述s濃抽運光4至光學(xué)陷阱1-7中， 介質(zhì)池1-3中的p波種子光3被p波抽運光4放大后入射至第二 1/4波片1-4， 第二 1/4波片1-4透射放大后的p波種子光3并轉(zhuǎn)換成s波種子光3入射至第 二偏振片1-5，所述s波種子光3經(jīng)第二偏振片1-5反射改變光路后入射到1/2 波片l-6，經(jīng)l/2波片l-6透射并轉(zhuǎn)換成p波種子光3入射至全反鏡2，所述p 波種子光3經(jīng)全反鏡2反射改變光路后進(jìn)入下一級共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元 1， n為自然數(shù)，且11>1。
工作原理對同為p波的一束種子光3和n束抽運光4，利用本發(fā)明的放大結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)一束種子光3與ii束抽運光4的作用，完成n束抽運光4的能量 向一束種子光3的轉(zhuǎn)移，最后完成對n+l束激光的組束。p波的種子光3通過 與光軸夾角為布儒斯特角的第一偏振片1-1后經(jīng)過第一 1/4波片1-2變?yōu)閳A偏 振光注入介質(zhì)池1-3，第1束抽運光4通過第二偏振片1-5后經(jīng)第二 1/4波片 1-4變?yōu)閳A偏振光注入介質(zhì)池1-3，在介質(zhì)池1-3內(nèi)完成抽運光4對種子光3 的放大，抽運光4與種子光3之間滿足布里淵放大的頻率匹配條件，設(shè)介質(zhì)池 1-3內(nèi)的介質(zhì)的聲波頻率為(00,抽運光4的頻率為Q)l，種子光3的頻率為co2， 則應(yīng)滿足關(guān)系式0)1=0)2+0)0，如此當(dāng)抽運光4與種子光3在介質(zhì)池1-3內(nèi)相遇 時即會產(chǎn)生布里淵放大效應(yīng)，完成抽運光4對種子光3的放大，使抽運光4 中的能量向種子光3轉(zhuǎn)移。經(jīng)放大的種子光3經(jīng)全反鏡2改變光路進(jìn)入下一級 共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元l,再與下一束抽運光4作用，進(jìn)一步放大，如此繼 續(xù)下去，經(jīng)過n級放大后最終輸出能量高、功率大的激光，采用一個介質(zhì)池 l-3注入一束抽運光4的辦法，具有負(fù)載分散的優(yōu)點，可以提升系統(tǒng)的負(fù)載能 力。圖1中的各元件可以等比擴束，可以在不提高系統(tǒng)功率密度的前提下適應(yīng) 在較大能量的激光光束。
具體實施方式
二本實施方式與實施方式一的不同之處在于第一偏振片 1-1和第二偏振片1-5均與光軸呈布儒斯特角，第一 1/4波片1-2和第二 1/4波 片l-4均與光軸垂直，其它組成與連接結(jié)構(gòu)與實施方式一相同。
具體實施方式
三:本實施方式與實施方式一的不同之處在于有一束種子光 3入射至第一級共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元1，每級共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元1 均有一束抽運光4入射，每級共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元1的抽運光4入射方向 與種子光3入射方向相反，其它組成與連接結(jié)構(gòu)與實施方式一相同。
具體實施方式
四本實施方式與實施方式一的不同之處在于介質(zhì)池1-3的 長度Z由公式Z^，^確定，其中g(shù)為介質(zhì)池l-3內(nèi)所采用介質(zhì)的增益系數(shù)，/
為工作在介質(zhì)池1-3內(nèi)的種子光3和抽運光4的峰值功率密度之和，其它組成 與連接結(jié)構(gòu)與實施方式一相同。
權(quán)利要求
1、一種基于受激布里淵散射的共線串行組束裝置，其特征在于它由n個共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元(1)和n-1個全反鏡(2)組成，n個共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元(1)通過n-1個全反鏡(2)串行連接，共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元(1)由第一偏振片(1-1)、第一1/4波片(1-2)、介質(zhì)池(1-3)、第二1/4波片(1-4)、第二偏振片(1-5)、1/2波片(1-6)和光學(xué)陷阱(1-7)組成，沿光軸依次設(shè)置有第一偏振片(1-1)、第一1/4波片(1-2)、介質(zhì)池(1-3)、第二1/4波片(1-4)和第二偏振片(1-5)，第一偏振片(1-1)和第一1/4波片(1-2)依次透射沿光軸入射的p波種子光(3)并轉(zhuǎn)換成圓偏振光注入介質(zhì)池(1-3)中；第二偏振片(1-5)和第二1/4波片(1-4)依次透射沿光軸入射的p波抽運光(4)并轉(zhuǎn)換成圓偏振光注入介質(zhì)池(1-3)中；介質(zhì)池(1-3)中放大p波種子光(3)后的殘余的p波抽運光(4)經(jīng)第一1/4波片(1-2)透射并轉(zhuǎn)換成s波抽運光(4)入射至第一偏振片(1-1)，第一偏振片(1-1)反射所述s波抽運光(4)至光學(xué)陷阱(1-7)中，介質(zhì)池(1-3)中的p波種子光(3)被p波抽運光(4)放大后入射至第二1/4波片(1-4)，第二1/4波片(1-4)透射放大后的p波種子光(3)并轉(zhuǎn)換成s波種子光(3)入射至第二偏振片(1-5)，所述s波種子光(3)經(jīng)第二偏振片(1-5)反射改變光路后入射到1/2波片(1-6)，經(jīng)1/2波片(1-6)透射并轉(zhuǎn)換成p波種子光(3)入射至全反鏡(2)，所述p波種子光(3)經(jīng)全反鏡(2)反射改變光路后進(jìn)入下一級共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元(1)，n為自然數(shù)，且n＞1。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于受激布里淵散射的共線串行組束裝置， 其特征在于第一偏振片(l-l)和第二偏振片(l-5)均與光軸呈布儒斯特角，第一 1/4波片(l-2)和第二 1/4波片(l-4)均與光軸垂直。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于受激布里淵散射的共線串行組束裝置， 其特征在于有一束種子光(3)入射至第一級共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元(1)，每級 共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元(1)均有一束抽運光(4)入射，每級共線布里淵放大結(jié) 構(gòu)單元(1)的抽運光(4)入射方向與種子光(3)入射方向相反。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于受激布里淵散射的共線串行組束裝置， 其特征在于介質(zhì)池(l-!3)的長度丄由公式Za，;確定，其中g(shù)為介質(zhì)池(l-3)內(nèi)所采用介質(zhì)的增益系數(shù)，/為工作在介質(zhì)池(l-3)內(nèi)的種子光(3)和抽運光(4)的峰 值功率密度之和。
全文摘要
一種基于受激布里淵散射的共線串行組束裝置，涉及一種激光的串行組束裝置，屬于光學(xué)領(lǐng)域。它為了克服重疊耦合并行組束和后向注入種子光并行組束結(jié)構(gòu)的負(fù)載低、SBS后向反射率較低缺點，及克服獨立介質(zhì)池SBS并行組束對光束穩(wěn)定性要求高的問題。本發(fā)明由n個共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元和n-1個全反鏡組成，第一偏振片和第一1/4波片依次透射沿光軸入射的p波種子光并轉(zhuǎn)換成圓偏振光注入介質(zhì)池中；第二偏振片和第二1/4波片依次透射沿光軸入射的p波抽運光并轉(zhuǎn)換成圓偏振光注入介質(zhì)池中；放大后和種子光經(jīng)第二1/4波片、1/2波片透射和全反鏡進(jìn)入下一級共線布里淵放大結(jié)構(gòu)單元，殘余的抽運光經(jīng)第一1/4波片和第一偏振片進(jìn)入光學(xué)陷阱。
文檔編號G02F1/35GK101320190SQ20081006492
公開日2008年12月10日 申請日期2008年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月14日
發(fā)明者呂志偉, 王雙義, 王雨雷 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)