CN113346337A - 一种高峰值功率脉冲激光相干合成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供的一种高峰值功率脉冲激光相干合成装置，包括：本振激光器、用于对所述本振激光器产生的激光束进行分束的分光***、用于对分光***分束的激光进行放大的两路放大链路、用于对放大后的激光束进行会聚的会聚***、用于对会聚的光束进行相位共轭并反射至会聚***的相位共轭***、用于对原路返回的光束进行合成输出的合光***。该装置采用相关共轭技术补偿相位畸变，不需要额外的波前探测***和波前控制***，自动补偿相位畸变，减小了相干合成***的复杂性，提高了可靠性。

Description

一种高峰值功率脉冲激光相干合成装置
技术领域
本发明涉及固体激光技术领域，具体涉及一种高峰值功率脉冲激光相干合成装置。
背景技术
多光束激光相干合成是一种能在保持激光光束质量的同时，提高激光输出功率的有效手段。其核心思想是通过精密相位控制，使多台激光器的输出相位保持一致，实现多光束激光的相干迭加。相干合成的意义在于：一方面在保持光束质量的同时，提高了输出光束的功率，实现了亮度的提高，实现了远距离传输；另一方面模块化的结构分散了热效应，克服了“热”造成高能激光平均亮度下降的主要影响因素。因而，相对于内部能量高度集中的高能固体激光传统体系而言，基于相干合成的新型体系结构有可能解决亮度和热管理两个难题。
相干合成技术方案按照是否通过外界手段来干预探测并矫正相位误差分为主动式的闭环有源相位控制和被动式自组织锁相环运行激光器阵列两大类。目前高能固体激光器常用的激光相干合成方法是一种主动式的有源相位校正技术，其基本原理是主振荡器的输出激光被分为多束，引出其中一束经声光移频器后作为参考波，其余各束进行功率放大，利用外差法探测各激光放大链路的输出光波与参考光波的相位差，根据所探测的相位差实时控制相位调制器以实现对相位误差的实时校正，进而达到锁相环运行的目的。闭环有源相位控制典型代表是2003年由美国诺格公司提出的MOPA结构，存在的主要问题在于相位探测和相位控制***复杂而精密，影响激光器整体的技术成熟度，特别是高峰值功率的窄脉冲激光器的相位控制***制作困难，稳定性差；而被动自组织锁相激光器多用于半导体激光器等连续运行的激光器或低功率共腔激光器等。
在同等功率情况下，由于冲击和烧蚀的共同作用，脉冲体制工作的激光器比连续激光器具有更强的破坏力，因此，无论对于激光加工还是军事应用脉冲激光器具有光纤激光器不具备的峰值功率优势。由于脉冲激光存在一定的持续时间和占空比，不同时刻脉冲的时域特性(如脉宽、峰值功率等)也可能有所不同，如果脉冲不能有效同步，实际合成效果可能是各路脉冲激光的时域迭加而非多个脉冲的相干合成。因此，要实现有效的脉冲激光相干合成，脉冲同步和相位锁定同样重要，这就给脉冲激光相干合成***带来复杂性和可靠性低等问题。
发明内容
为了解决现有技术中由于脉冲不能有效同步，实际合成效果可能是各路脉冲激光的时域迭加而非多个脉冲的相干合成，而导致的脉冲激光相干合成***复杂性和可靠性低的问题，本发明实施例提供一种高峰值功率脉冲激光相干合成装置，该装置采用相关共轭技术补偿相位畸变，不需要额外的波前探测***和波前控制***，自动补偿相位畸变，减小了相干合成***的复杂性，提高了可靠性。其具体技术方案如下：
本发明实施例提供的一种高峰值功率脉冲激光相干合成装置，包括：
本振激光器、用于对所述本振激光器产生的激光束进行分束的分光***、用于对分光***分束的激光进行放大的两路放大链路、用于对放大后的激光束进行会聚的会聚***、用于对会聚的光束进行相位共轭并反射至会聚***的相位共轭***、用于对原路返回的光束进行合成输出的合光***。
进一步的，所述本振激光器采用本振加功率放大的MOPA结构。
进一步的，所述放大链路采用两路四级双程放大***，每个放大链路包括多个泵浦***，每个泵浦***包括泵浦腔、泵浦光源和激光工作物质。
进一步的，所述相位共轭***包括如下具有相位共轭功能的器件之一：
基于四波混频效应的光栅、基于布里渊散射效应的液体或光纤相位共轭镜。
进一步的，采用采用激光二极管泵浦被动调Q激光器作为本振。
进一步的，所述分光***分束得到的激光为0.6mJ/100Hz/12ns；所述合光***相干合成激光为6J/100Hz/10ns。
本发明实施例提供的一种高峰值功率脉冲激光相干合成装置，包括：本振激光器、用于对所述本振激光器产生的激光束进行分束的分光***、用于对分光***分束的激光进行放大的两路放大链路、用于对放大后的激光束进行会聚的会聚***、用于对会聚的光束进行相位共轭并反射至会聚***的相位共轭***、用于对原路返回的光束进行合成输出的合光***。该装置采用相关共轭技术补偿相位畸变，不需要额外的波前探测***和波前控制***，自动补偿相位畸变，减小了相干合成***的复杂性，提高了可靠性。
附图说明
图1是本发明一种高峰值功率脉冲激光相干合成装置优选结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行说明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1是本发明一种高峰值功率脉冲激光相干合成装置优选结构示意图，包括：本振激光器、用于对所述本振激光器产生的激光束进行分束的分光***、用于对分光***分束的激光进行放大的两路放大链路、用于对放大后的激光束进行会聚的会聚***、用于对会聚的光束进行相位共轭并反射至会聚***的相位共轭***、用于对原路返回的光束进行合成输出的合光***。上述激光器采用本振加功率放大的MOPA结构，由本振激光器[1]、分光***[2]、2条以上的放大链路[3][4]、会聚***[5]、相位共轭***[6]以及合光***[7]组成。本振[1]是高峰值功率脉冲固体激光器，通过分光***[2]分成多路(至少2路以上)作为放大链路[3][4]的种子源，***可以有多条放大链路(至少2条以上)，每个放大链路由多个泵浦***[8]组成，每个泵浦***均由组成，并且确保每个放大链路[3][4]的泵浦***[8]的数量及参数(包括泵浦功率冷却方式等)一致以减小相位误差。放大链路[3][4]采用双程放大，经过放大链路[3]及[4]功率放大后的激光进入到会聚***[5]后进入相位共轭***[6]；会聚***[5]的作用是将放大链路的光并束并采用透镜等进行会聚；相位共轭***[6]作为双程放大的反射镜，由具有相位共轭功能的器件组成，例如基于四波混频效应的光栅、基于布里渊散射效应的液体或光纤相位共轭镜等。经过相位共轭***[7]产生的相位共轭激光方向与入射光波相反，从而返回会聚***[5]，原路返回放大链路[3]和[4]经过功率放大后，此时的激光功率得到放大，而波前(相位)与入射时一致(也就是每一路放大链路返回后的激光功率得到放大而相位保持一致)，最后经过合光***相干合成输出。
在本发明实施例的可选实施方式中，采用激光二极管泵浦被动调Q激光器作为本振，由分光***分成两路，每路激光0.6mJ/100Hz/12ns，放大链路是两路四级双程放大***，采用基于布里渊散射的液体作为光学相位共轭***，放大后的两路激光并束后通过透镜会聚进入光学相位共轭***，反射后再次经过同样的放大链路放大，最后经过合光***并束输出，得到6J/100Hz/10ns相干合成激光。
本发明装置采用相关共轭技术补偿相位畸变，不需要额外的波前探测***和波前控制***，自动补偿相位畸变，减小了相干合成***的复杂性，提高了可靠性。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种高峰值功率脉冲激光相干合成装置，其特征在于，包括：
本振激光器、用于对所述本振激光器产生的激光束进行分束的分光***、用于对分光***分束的激光进行放大的两路放大链路、用于对放大后的激光束进行会聚的会聚***、用于对会聚的光束进行相位共轭并反射至会聚***的相位共轭***、用于对原路返回的光束进行合成输出的合光***。
2.根据权利要求1所述的高峰值功率脉冲激光相干合成装置，其特征在于，所述本振激光器采用本振加功率放大的MOPA结构。
3.根据权利要求1所述的高峰值功率脉冲激光相干合成装置，其特征在于，所述放大链路采用两路四级双程放大***，每个放大链路包括多个泵浦***，每个泵浦***包括泵浦腔、泵浦光源和激光工作物质。
4.根据权利要求1所述的高峰值功率脉冲激光相干合成装置，其特征在于，所述相位共轭***包括如下具有相位共轭功能的器件之一：
基于四波混频效应的光栅、基于布里渊散射效应的液体或光纤相位共轭镜。
5.根据权利要求2所述的高峰值功率脉冲激光相干合成装置，其特征在于，采用采用激光二极管泵浦被动调Q激光器作为本振。
6.根据权利要求1所述的高峰值功率脉冲激光相干合成装置，其特征在于，所述分光***分束得到的激光为0.6mJ/100Hz/12ns；所述合光***相干合成激光为6J/100Hz/10ns。
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