一種基于腔內(nèi)相位共軛的改善固體激光質(zhì)量方法。和傳統(tǒng)的固體激光器件相比，它利用基于后向受激布里淵散射的光學(xué)相位共軛，通過對諧振腔腔型的設(shè)計，使光束質(zhì)量得到改善，出光效率保持較高水平。

背景技術(shù)：

固體激光器指的是激光增益介質(zhì)為固體而不是液體或者氣體的激光器。自從激光出現(xiàn)以來，固體激光器就以其結(jié)構(gòu)緊湊，不需要復(fù)雜的流體機(jī)械而在生產(chǎn)生活中得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)外主流的高峰值功率MOPA系統(tǒng)也均采用固體激光介質(zhì)。在固體激光的發(fā)展中，熱畸變等各種熱效應(yīng)是影響光束質(zhì)量的最大因素之一。由于固體激光增益介質(zhì)沒有熱對流，并且YAG晶體、玻璃等導(dǎo)熱系數(shù)不高，很容易出現(xiàn)增益介質(zhì)受熱不均勻的現(xiàn)象。溫度差異導(dǎo)致折射率差異，就會引起光束波前的畸變。在大口徑、高功率激光中，這種畸變尤其明顯。

當(dāng)前實際應(yīng)用中，修復(fù)激光波前畸變的主要方法是自適應(yīng)光學(xué)。具體做法是，使用一塊可以變形的鏡面。可變形鏡面后裝有數(shù)百到數(shù)千個控制鏡面變形的機(jī)械裝置，通過一套復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)迅速調(diào)整后腔鏡的形狀，補(bǔ)償熱畸變、重力畸變帶來的波前改變。自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)造價昂貴，系統(tǒng)復(fù)雜，而且鏡面需要承受迅速變化的應(yīng)力，對鏡子的材料要求很高。因此，這不是一個修正畸變的理想方法；使用相位共軛可以克服自適應(yīng)光學(xué)修正畸變的缺點。

本發(fā)明利用光學(xué)相位共軛的方法實現(xiàn)對固體激光光束質(zhì)量的改善。相位共軛技術(shù)是非線性光學(xué)的一個重要研究領(lǐng)域。相位共軛指的是，使得光波傳播方向反向，但是波幅和相位不變；相位共軛的過程也可以看作是對光波的時間反演。因此，熱畸變的光波通過相位共軛鏡反射再次通過增益介質(zhì)時，畸變會被抵消，恢復(fù)較好的波前。附圖1給出了利用相位共軛方法改善畸變的原理圖。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對的是采用固體增益介質(zhì)的激光器，利用腔內(nèi)布里淵散射介質(zhì)來改善其光束的輸出質(zhì)量。本發(fā)明具體內(nèi)容見附圖2所示，包括：后腔鏡，布里淵介質(zhì)，泵浦源，固體增益介質(zhì)，輸出耦合鏡；其中輸出耦合鏡，固體增益介質(zhì)，布里淵介質(zhì)和后腔鏡同光軸依次放置，腔鏡參數(shù)選取應(yīng)當(dāng)使得后腔鏡和輸出耦合鏡組成共焦諧振腔或共心諧振腔，并且使得諧振腔基模光束的束腰剛好位于布里淵散射介質(zhì)內(nèi)以獲得高功率密度；固體增益介質(zhì)放在盡量靠近輸出耦合鏡的位置，從而獲得最大模體積；布里淵介質(zhì)的選取應(yīng)當(dāng)使得激光器起振以后發(fā)生高效率的后向受激布里淵散射，從而由布里淵介質(zhì)和輸出耦合鏡構(gòu)成相位共軛諧振腔。

在布里淵介質(zhì)和輸出耦合鏡之間的光軸上可以放置壓窄線寬裝置，能起到提高受激布里淵散射效率進(jìn)而更好的改善光束質(zhì)量的作用，該壓窄線寬裝置可以是但不僅限于是法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具(F-P etalon)、原子線寬濾波片(Atom line filter)和磁光濾波片(magneto-optical filter)。在實焦點處放置的布里淵介質(zhì)，可以為固體、液體或氣體；增益介質(zhì)可以是Nd:YAG、紅寶石為代表的晶體，也可以是釹玻璃等非晶體。

在輸出耦合鏡和布里淵介質(zhì)之間適當(dāng)位置可以放置其他光學(xué)元件，包括但不限于濾波片、樣品吸收池、偏振器件，而不影響本發(fā)明改善光束質(zhì)量的效果。

本發(fā)明的工作過程為，泵浦源將固體增益介質(zhì)泵浦到布居數(shù)反轉(zhuǎn)，在諧振腔內(nèi)產(chǎn)生激光起振；由于布里淵散射介質(zhì)位于光束的焦點處，功率密度很大，會發(fā)生較強(qiáng)的后向布里淵散射，并且抽空泵浦激光的能量。此時后腔鏡實際不工作，由布里淵散射介質(zhì)充當(dāng)后腔鏡的作用；由輸出耦合鏡、布里淵介質(zhì)組成一個諧振腔。經(jīng)過增益介質(zhì)發(fā)生波前畸變的光束被布里淵介質(zhì)反射，再次通過增益介質(zhì)時畸變得到糾正，從輸出耦合鏡輸出。因此，和傳統(tǒng)固體激光器相比，可以得到質(zhì)量好的光束。

本發(fā)明中壓窄線寬裝置的目的在于，利用窄線寬激光增強(qiáng)后向布里淵散射的效率。本發(fā)明中固體增益介質(zhì)靠近輸出耦合鏡的目的在于，在增益介質(zhì)內(nèi)獲得盡量大的激光模體積。

調(diào)Q元件、鎖模元件、布儒斯特窗、腔內(nèi)倍頻晶體、腔內(nèi)吸收樣品池等光學(xué)元件也可以加入到輸出耦合鏡和布里淵介質(zhì)之間，不影響本發(fā)明的運轉(zhuǎn)。

附圖說明

圖1為利用相位共軛方法改善畸變的原理圖，子圖a為普通反射波經(jīng)過畸變介質(zhì)，子圖b為相位共軛波經(jīng)過畸變介質(zhì)。

圖2為本發(fā)明裝置的示意圖和實施例1的示意圖，其組成部分為：1.后腔鏡，2.布里淵散射介質(zhì)，3.增益固體介質(zhì)，4.泵浦源，5.輸出耦合鏡，6.線寬壓縮裝置。

圖3為本發(fā)明實施例二的裝置示意圖，其組成部分為：1.后腔鏡，7.液體布里淵介質(zhì)池，6.線寬壓窄裝置，8.Q開關(guān)，4.泵浦源，3.固體增益介質(zhì)，9.倍頻晶體，5.輸出耦合鏡。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說明，但不能理解為對本發(fā)明的可實施范圍的限定。

實施例1

例1使用的裝置如圖2所示。用兩個f＝1m的球面反射鏡，組成距離為1m的共心腔。其中標(biāo)號為1的后腔鏡具體為鍍銀全反射鏡，而標(biāo)號為5的輸出耦合鏡具體為耦合率55％的半透半反鏡。在腔內(nèi)從前往后依次放置有：

兩盞氙燈作為泵浦源4。

釹玻璃作為固體增益介質(zhì)3；其直徑為10mm，長度為9cm；Nd摻雜濃度為1％。

厚度為0.7mm，雙面反射率均為70％的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具作為線寬壓窄裝置6。

布里淵介質(zhì)氣體池作為布里淵介質(zhì)2。使用不銹鋼為主體材料，以熔融石英為窗口片，內(nèi)部充SF₆或全氟碳等高壓氣體；可以充有適當(dāng)?shù)木彌_氣體。介質(zhì)池側(cè)面留有一個觀察窗。

該例的工作過程為，氙燈激發(fā)Nd離子布居數(shù)反轉(zhuǎn)，在諧振腔內(nèi)產(chǎn)生激光振蕩；焦點處功率密度超過高壓氣體的受激布里淵散射閾值，發(fā)生后向散射抽空泵浦激光的能量。發(fā)生散射后后腔鏡不起作用，由高壓氣體池充當(dāng)后腔鏡的作用；由輸出耦合鏡、氣體池組成一個諧振腔。經(jīng)過YAG棒發(fā)生波前畸變的光束被布里淵介質(zhì)反射，再次通過增益介質(zhì)時畸變得到糾正，輸出質(zhì)量較好的1064nm近紅外激光。

實施例二

例二的裝置示意圖如附圖3所示。用兩個反射鏡，組成距離為1.2m的實共焦腔。其中后腔鏡1具體為f＝300mm鍍銀高反鏡，輸出耦合鏡5具體為f＝900mm，HR@1064nm，HT@532nm的鍍膜反射鏡。

諧振腔內(nèi)從后往前有：

液體介質(zhì)池7作為布里淵介質(zhì)使用，內(nèi)充有布里淵介質(zhì)液體如CS₂，CCl₄等。通過兩個活塞外接泵，池內(nèi)液體可以流動。

厚度為0.7mm，雙面反射率均為70％的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具作為線寬壓窄裝置6。

利用電光晶體和布儒斯特窗做的Q開關(guān)8，以便形成高峰值功率的脈沖激光。

兩盞氙燈作為泵浦源4。

摻釹離子的釔鋁石榴石(Nd:YAG)晶體作為固體增益介質(zhì)3；其直徑為10mm，長度為9cm；Nd摻雜濃度為1％。

倍頻晶體9，采用BBO晶體，靠近腔內(nèi)的一面鍍532nm高反，1064nm高透膜。

該例的工作過程為，氙燈激發(fā)Nd離子布居數(shù)反轉(zhuǎn)，在諧振腔內(nèi)產(chǎn)生調(diào)Q的激光振蕩；焦點處功率密度超過高壓氣體的受激布里淵散射閾值，發(fā)生后向散射抽空泵浦激光的能量。發(fā)生散射后后腔鏡不起作用，由高壓氣體池充當(dāng)后腔鏡的作用；由輸出耦合鏡、氣體池組成一個諧振腔產(chǎn)生1064nm的近紅外激光；紅外激光在BBO晶體處產(chǎn)生倍頻后的532nm綠色激光。由于輸出耦合鏡不輸出1064nm的激光，只輸出532nm的激光，因此可以獲得很高的倍頻效率。

在晶體背面鍍532高反膜是為了防止倍頻后的532nm光打壞YAG晶體；鍍膜和輸出耦合鏡鏡單獨構(gòu)成一個無源的倍頻腔。

由于1064nm的1/4波片剛好相當(dāng)于532nm的半波片，所以1064nm的Q開關(guān)無論處于何種狀態(tài)，對532nm的綠光均可正常通過，不會產(chǎn)生影響。