CN104810721A - 基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置 - Google Patents

基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置 Download PDF

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基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置，属于光学仪器领域，本发明为解决现有激光器不能实现窄脉冲高能量单纵模输出的问题。本发明方案：振荡器产生的p偏振光经过扩束望远镜后，透射过光隔离***，透射的p偏振光放大，再经90°转子变为s偏振光，所述s偏振光进一步放大后透过1/4波片转化为圆偏振光，依次两个平面镜连续反射改变方向后进入受激布里渊散射产生单元产生受激布里渊散射；产生的背向Stokes光沿原路返回，依次经过两个平面反射镜连续反射改变方向，透过1/4波片转化为p偏振光，该p偏振光放大后经90°转子变为s偏振光，该s偏振光进一步放大后由二号偏振片分离反射出光路。

Description

基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置
技术领域
本发明涉及基于受激布里渊散射(SBS)脉宽压缩的激光器，属于光学仪器领域。
背景技术
在很多工业和科研应用中，比如高精度的激光测距雷达、激光祛斑美容、激光打标、激光加工等，要求激光脉冲具有尽可能窄的激光脉宽(数百皮秒)、较高的脉冲能量(数百毫焦耳～焦耳量级)、重频工作(>10Hz)、高峰值功率、单纵模等一系列苛刻的条件。目前，广泛应用的脉冲激光器主要有两类，一类是锁模激光器，该类激光器输出的激光脉冲宽度为飞秒或小于几十皮秒的超短脉冲，其特点是单脉冲能量很低，只有毫焦耳量级，激光的线宽很宽，相干性较差；另一类脉冲激光器是调Q激光器，该类激光器输出的激光脉冲宽度为纳秒量级，其特点是单脉冲能量较高，但是由于脉冲宽度较宽，单脉冲的峰值功率较低，而在激光祛斑美容应用领域，为了减小创伤，希望激光脉冲越窄越好。因此，有必要开发出一种输出激光脉冲宽度在数百皮秒，脉冲能量在焦耳量级，能够以重复频率工作的窄线宽激光器，以满足越来越多的高精度激光测距雷达、激光祛斑美容、激光打标、激光加工等领域的应用需求。
发明内容
本发明目的是为了解决现有激光器不能实现窄脉冲高能量单纵模输出的问题，提供了一种基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置。
本发明所述基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置，它包括振荡器、扩束望远镜、一号偏振片、法拉第隔离器、45°转子、二号偏振片、一号激光放大器、90°转子、二号激光放大器、1/4波片、一号平面反射镜、二号平面反射镜和受激布里渊散射产生单元；
一号偏振片、法拉第隔离器、45°转子和二号偏振片依次沿光轴排列构成光隔离***；
振荡器产生的p偏振光经过扩束望远镜后，透射过光隔离***，透射的p偏振光先经一号激光放大器放大，再经90°转子变为s偏振光，所述s偏振光经过二号激光放大器进一步放大后透过1/4波片转化为圆偏振光，依次由一号平面反射镜和二号平面反射镜连续反射改变方向后进入受激布里渊散射产生单元产生受激布里渊散射；由受激布里渊散射产生单元产生的背向Stokes光沿原路返回，依次经过二号平面反射镜、一号平面反射镜连续反射改变方向，透过1/4波片转化为p偏振光，该p偏振光经二号激光放大器进行放大后经90°转子变为s偏振光，该s偏振光经一号激光放大器进一步放大后由二号偏振片分离反射出光路。
本发明的优点：
(1)该激光器输出的单脉冲能量远远高于传统的锁模激光器，可以达到焦耳量级；
(2)该激光器输出的脉冲宽度小于传统的调Q激光器，可以输出百皮秒或数百皮秒脉宽；
(3)该激光器在输出短脉冲的同时，保持了激光的窄线宽；
(4)利用了受激布里渊散射的相位共轭特性，补偿了光路当中光学元器件加工过程中引起的静态相位畸变和激光器重频工作时由于热引起的动态相位畸变，保证激光器可以以大于10Hz的重复频率工作，输出好的光束质量；
(5)与传统的SBS脉冲压缩相比，引入了两级激光放大器，压缩后的激光脉冲通过激光放大器的放大，可以实现焦耳量级的能量输出；
(6)激光放大器双程放大，充分提取了放大器中的储能，提高了激光器的效率。
附图说明
图1是本发明所述基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置的结构示意图；
图2是受激布里渊散射产生单元的三种结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置，它包括振荡器1、扩束望远镜2、一号偏振片3、法拉第隔离器4、45°转子5、二号偏振片6、一号激光放大器7、90°转子8、二号激光放大器9、1/4波片10、一号平面反射镜11、二号平面反射镜12和受激布里渊散射产生单元13；
一号偏振片3、法拉第隔离器4、45°转子5和二号偏振片6依次沿光轴排列构成光隔离***；
振荡器1产生的p偏振光经过扩束望远镜2后，透射过光隔离***，透射的p偏振光先经一号激光放大器7放大，再经90°转子8变为s偏振光，所述s偏振光经过二号激光放大器9进一步放大后透过1/4波片10转化为圆偏振光，依次由一号平面反射镜11和二号平面反射镜12连续反射改变方向后进入受激布里渊散射产生单元13产生受激布里渊散射；由受激布里渊散射产生单元13产生的背向Stokes光沿原路返回，依次经过二号平面反射镜12、一号平面反射镜11连续反射改变方向，透过1/4波片10转化为p偏振光，该p偏振光经二号激光放大器9进行放大后经90°转子8变为s偏振光，该s偏振光经一号激光放大器7进一步放大后由二号偏振片6分离反射出光路。
振荡器1采用波长为1064nm或1053nm。
本实施方式所述基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置输出的波长在1000nm左右。
具体实施方式二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，受激布里渊散射产生单元13采用单池结构，受激布里渊散射产生单元13由凸透镜和布里渊介质池组成，入射光经凸透镜聚焦入射到布里渊介质池，在布里渊介质池内、凸透镜的焦点附近产生受激布里渊散射，背向Stokes光原路返回。如图2(a)所示。
布里渊介质池的长度选50cm～120cm，凸透镜焦距为20cm～100cm。布里渊介质池内径选20mm～50mm，布里渊介质池内部的液体的布里渊介质折射率选1.2～1.5之间，声子寿命选100ps～500ps之间。
布里渊介质池内部的液体为FC-72、FC-77、FC-87、FC-84、FC-70或水H2O中的一种。
具体实施方式三：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，受激布里渊散射产生单元13采用紧凑双池结构，受激布里渊散射产生单元13由凸透镜和两个布里渊介质池组成，两个布里渊介质池中一个为放大池，另一个为产生池，入射光透过放大池后由凸透镜聚焦到产生池，在产生池内、凸透镜的焦点附近产生受激布里渊散射，背向Stokes光经放大池放大后沿原路返回。如图2(b)所示。
布里渊介质池的长度选50cm～120cm，凸透镜焦距为20cm～100cm。布里渊介质池内径选20mm～50mm，布里渊介质池内部的液体的布里渊介质折射率选1.2～1.5之间，声子寿命选100ps～500ps之间。
布里渊介质池内部的液体为FC-72、FC-77、FC-87、FC-84、FC-70或水H2O中的一种。
具体实施方式四：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，受激布里渊散射产生单元13采用非聚焦结构，受激布里渊散射产生单元13由一个布里渊介质池和一个凹面镜组成，入射光透过布里渊介质池后由该布里渊介质池后的凹面镜聚焦返回布里渊介质池，产生受激布里渊散射，所得背向Stokes光沿原路返回。如图2(c)所示。
布里渊介质池的长度选50cm～120cm，凹面镜焦距为20cm～100cm。布里渊介质池内径选20mm～50mm，布里渊介质池内部的液体的布里渊介质折射率选1.2～1.5之间，声子寿命选100ps～500ps之间。
布里渊介质池内部的液体为FC-72、FC-77、FC-87、FC-84、FC-70或水H2O中的一种。

Claims (9)

1.基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置，其特征在于，它包括振荡器(1)、扩束望远镜(2)、一号偏振片(3)、法拉第隔离器(4)、45°转子(5)、二号偏振片(6)、一号激光放大器(7)、90°转子(8)、二号激光放大器(9)、1/4波片(10)、一号平面反射镜(11)、二号平面反射镜(12)和受激布里渊散射产生单元(13)；
一号偏振片(3)、法拉第隔离器(4)、45°转子(5)和二号偏振片(6)依次沿光轴排列构成光隔离***；
振荡器(1)产生的p偏振光经过扩束望远镜(2)后，透射过光隔离***，透射的p偏振光先经一号激光放大器(7)放大，再经90°转子(8)变为s偏振光，所述s偏振光经过二号激光放大器(9)进一步放大后透过1/4波片(10)转化为圆偏振光，依次由一号平面反射镜(11)和二号平面反射镜(12)连续反射改变方向后进入受激布里渊散射产生单元(13)产生受激布里渊散射；由受激布里渊散射产生单元(13)产生的背向Stokes光沿原路返回，依次经过二号平面反射镜(12)、一号平面反射镜(11)连续反射改变方向，透过1/4波片(10)转化为p偏振光，该p偏振光经二号激光放大器(9)进行放大后经90°转子(8)变为s偏振光，该s偏振光经一号激光放大器(7)进一步放大后由二号偏振片(6)分离反射出光路。
2.根据权利要求1所述基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置，其特征在于，受激布里渊散射产生单元(13)采用单池结构，受激布里渊散射产生单元(13)由凸透镜和布里渊介质池组成，入射光经凸透镜聚焦入射到布里渊介质池，在布里渊介质池内、凸透镜的焦点附近产生受激布里渊散射，背向Stokes光原路返回。
3.根据权利要求1所述基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置，其特征在于，受激布里渊散射产生单元(13)采用紧凑双池结构，受激布里渊散射产生单元(13)由凸透镜和两个布里渊介质池组成，两个布里渊介质池中一个为放大池，另一个为产生池，入射光透过放大池后由凸透镜聚焦到产生池，在产生池内、凸透镜的焦点附近产生受激布里渊散射，背向Stokes光经放大池放大后沿原路返回。
4.根据权利要求2或3所述基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置，其特征在于，布里渊介质池的长度选50cm～120cm，凸透镜焦距为20cm～100cm。布里渊介质池内径选20mm～50mm，布里渊介质池内部的液体的布里渊介质折射率选1.2～1.5之间，声子寿命选100ps～500ps之间。
5.根据权利要求4所述基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置，其特征在于，布里渊介质池内部的液体为FC-72、FC-77、FC-87、FC-84、FC-70或水H2O中的一种。
6.根据权利要求1所述基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置，其特征在于，受激布里渊散射产生单元(13)采用非聚焦结构，受激布里渊散射产生单元(13)由一个布里渊介质池和一个凹面镜组成，入射光透过布里渊介质池后由该布里渊介质池后的凹面镜聚焦返回布里渊介质池，产生受激布里渊散射，所得背向Stokes光沿原路返回。
7.根据权利要求5所述基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置，其特征在于，布里渊介质池的长度选50cm～120cm，凹面镜焦距为20cm～100cm。布里渊介质池内径选20mm～50mm，布里渊介质池内部的液体的布里渊介质折射率选1.2～1.5之间，声子寿命选100ps～500ps之间。
8.根据权利要求7所述基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置，其特征在于，布里渊介质池内部的液体为FC-72、FC-77、FC-87、FC-84、FC-70或水H2O中的一种。
9.根据权利要求1所述基于受激布里渊散射脉宽压缩的高能量数百皮秒激光装置，其特征在于，振荡器(1)采用波长为1064nm或1053nm。
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