專利名稱：一種能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于激光放大器技術領域，具體涉及一種能有效抑制寄生振蕩的固體激光 放大器。
背景技術：
激光自從被發(fā)明以來，已經(jīng)在科學和工業(yè)各個領域得到廣泛應用。其中一個重要 方面的應用是作為慣性約束聚變(ICF)和慣性聚變能(IFE)的驅動器以及提供極端的物質(zhì) 條件。在此類應用中要求激光束具有非常高的能量或者極高峰值功率，因此激光裝置中放 大器需要有較高的增益。然而高增益固體激光放大器中自發(fā)輻射經(jīng)增益介質(zhì)側邊反射容易 形成寄生振蕩，嚴重地消耗了增益介質(zhì)的儲能，引起總體效率的降低。目前抑制寄生振蕩的方法主要為包邊法。就是在增益介質(zhì)的側邊包邊折射率匹配 的吸收物質(zhì)，利用折射率的匹配將自發(fā)輻射光引入包邊物質(zhì)，然后吸收掉，減弱自發(fā)輻射光 束在側邊的反射，從而達到抑制寄生振蕩的目的。折射率匹配是抑制寄生振蕩的關鍵，為了 能夠較好地抑制寄生振蕩需要非常高的包邊物質(zhì)與增益介質(zhì)折射率匹配水平。較高的折射 率匹配要求嚴重限制了包邊物質(zhì)的選擇，從而引起熱畸變等一些問題。還有一種方法是將相對的兩個側邊加工成具有一定的微小傾斜角度或者是將側 邊加工成布儒斯特角，使自發(fā)輻射光束不能在增益介質(zhì)側邊之間不能形成回路。這種方法 也能夠在一定程度上防止寄生振蕩的產(chǎn)生。實際科研和工程中通常將以上兩種方法結合起 來使用。還有另外一種方法是將增益介質(zhì)側面做成凹面，由于光束經(jīng)過凹面的增益介質(zhì)傳 輸放大之后光束質(zhì)量會遭到很大的破壞，實際試驗和工程中這種方法沒有被采用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器。本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器，包括泵浦系統(tǒng)，增益介質(zhì)及加 持結構件，其特點是增益介質(zhì)側邊為棱形，棱形的角度為5°至30°，在棱形外包覆有包邊物 質(zhì)。本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器增益介質(zhì)的棱形為鋸齒狀。本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器增益介質(zhì)的棱形為錐角。本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器增益介質(zhì)的包邊物質(zhì)為為銅玻 璃、石墨、含碳熱熔樹脂中的一種。本發(fā)明將增益介質(zhì)側邊加工成棱角，然后根據(jù)需要在棱角外包邊吸收物質(zhì)或者不 包邊任何物質(zhì)。使自發(fā)輻射光束傳輸至側邊時在棱角中被多次反射，每次反射都要損失一 部分能量，最終反射回來光束的能量處于非常低的水平，并且傳輸方向與入射時的方向有 一定的夾角。從而有效防止寄生振蕩的產(chǎn)生。從棱角中最終反射回來光束的能量與入射光束能量之比成為剩余反射率。通過計算表明，棱角頂角小于30°時剩余反射率較小，能夠比較有效地抑制寄生振蕩。棱角頂角越 小剩余反射率越小，對寄生振蕩的抑制效果也越好。但是對于具有非常小棱角的增益介質(zhì)， 加工起來比較困難，而且不便于裝夾。一般取棱角在5°至30°之間。本發(fā)明由于利用多次反射降低最終反射光束能量，與普通包邊的一次反射相比剩 余反射率大大降低了。對于相同的剩余反射率要求，將側邊做成棱角對折射率匹配水平的 要求降低了，從而擴大了包邊物質(zhì)的選擇范圍，可以選擇熱導率、熱致畸變、粘粘性等方面 性能較好的物質(zhì)。將增益介質(zhì)側邊加工成棱角，由于最終反射回來的光線與入射光線有一 定的夾角，在降低剩余反射能量的同時防止了反射回路的產(chǎn)生。將增益介質(zhì)側邊加工成棱 角，與普通包邊相比結構簡單、容易實現(xiàn)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。
圖1是本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器中的增益介質(zhì)實施例1的 結構示意圖。圖2是本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器中的增益介質(zhì)實施例2的 結構示意圖。圖3是本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器中的增益介質(zhì)實施例3的 結構示意圖。圖4是本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器中的增益介質(zhì)實施例4的 結構示意圖。圖5是本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器中的增益介質(zhì)的棱角中 光線軌跡圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。圖1是本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器中的增益介質(zhì)實施例1的 結構示意圖。本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器的圓盤狀增益介質(zhì)側邊被加 工成單一棱角，棱角角度為30°。在棱形外包覆有包邊物質(zhì)銅玻璃。增益介質(zhì)材料為N31磷 酸鹽釹玻璃，由加持結構件固定，泵浦源為二極管激光器。圖2是本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器中的增益介質(zhì)實施例2的 結構示意圖。本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器的圓盤狀增益介質(zhì)側邊被加 工成多個棱角，成鋸齒狀，棱角角度為20°，在棱形外包覆有包邊物質(zhì)石墨。增益介質(zhì)材料為 N31磷酸鹽釹玻璃，由加持結構件固定，泵浦源為二極管激光器。圖3是本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器中的增益介質(zhì)實施例1的 結構示意圖。本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器的板條狀增益介質(zhì)側邊被加 工成單一棱角，棱角角度為10°，在棱形外包覆有包邊物質(zhì)含碳熱熔樹脂。增益介質(zhì)材料為 N31磷酸鹽釹玻璃，由加持結構件固定，泵浦源為二極管激光器。圖4是本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器中的增益介質(zhì)實施例2的 結構示意圖。本發(fā)明的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器的板條狀增益介質(zhì)側邊被加 工成多個棱角，成鋸齒狀，每個棱角的角度為15 °，在棱形外包覆有包邊物質(zhì)銅玻璃。增益介質(zhì)材料為N31磷酸鹽釹玻璃，由加持結構件固定，泵浦源為二極管激光器。圖5是對于頂角為30°的單個棱角，自發(fā)輻射光束垂直入射時其光線軌跡圖。光 線在棱角反射了 6次，然后最終反射回增益介質(zhì)中間區(qū)域。自發(fā)輻射光束從棱角的底面?zhèn)鬏斶M棱角，光束傳輸至棱角的一個側面被反射，一 部分能量投射出去，另一部分能量被反射，光束在棱角中繼續(xù)傳播。光束在棱角中再次傳輸 至棱角側面被反射，又損失一部分能量。然后繼續(xù)在棱角中傳播，在棱角中被反射若干次每 次都損失一部分能量。光束最終從棱角中經(jīng)過棱角底面以一定角度傳輸出去，絕大部分能 量被透射出去，與入射光相比最終反射光的能量很小。并且除一些特殊入射角度外，最終反 射光與入射光方向有一定的夾角。反射回來的自發(fā)輻射光束再次進入增益介質(zhì)傳輸放大。 由于能量很小，只有非常高的增益才能保證自發(fā)輻射光能在增益介質(zhì)中傳輸，否則將會被 消耗掉。也即閾值提高到了非常高的水平。并且由于每次從棱角反射之后在增益介質(zhì)中的 傳輸路徑改變了，也即振蕩回路不能形成。從而寄生振蕩得到了抑制。將增益介質(zhì)側邊加工成棱角抑制寄生振蕩主要的機理是棱角的構型使自發(fā)輻射 光束在其中要經(jīng)歷多次反射，每次反射都要透射損失部分能量。剩余反射率是自發(fā)輻射光 在所有反射點的反射率的乘積。包邊物質(zhì)折射率與增益介質(zhì)折射率相差較大的情況下，剩余反射率被控制在非常 低的水平，從而較大提高了寄生振蕩的閾值，對寄生振蕩起到較好的抑制作用。分析計算表明，剩余反射率主要由入射方向、棱角的角度、包邊物質(zhì)折射率和包邊 物質(zhì)吸收能力決定。泵浦光分布和棱角的縮放以及棱角底邊長寬比例對剩余反射率的影響 比較微小。入射方向越接近垂直入射方向，棱角的角度越小，折射率越匹配，包邊物質(zhì)的吸 收能力越大，剩余反射率越小。由于剩余反射率是各次反射的反射率的乘積，因此它的值很 小。要達到一般要求的剩余反射率的程度，對棱角角度、折射率匹配和包邊物質(zhì)的吸收能力 要求并不高。與普通包邊相比，擴大了對包邊物質(zhì)的選擇范圍，可選擇熱膨脹系數(shù)、化學穩(wěn) 定性較為優(yōu)良的物質(zhì)進行包邊。
權利要求
1.一種能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器，包括泵浦系統(tǒng)，增益介質(zhì)及加持結構 件，其特征在于所述的放大器中的增益介質(zhì)側邊為棱形，棱形的角度為5°至30°，在棱形 外包覆有包邊物質(zhì)。
2.根據(jù)權利要求1所述的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器，其特征在于所述 的棱形為鋸齒狀。
3.根據(jù)權利要求1所述的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器，其特征在于所述 的棱形為錐角。
4.根據(jù)權利要求1所述的能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器，其特征在于所述 的包邊物質(zhì)為銅玻璃、石墨、含碳熱熔樹脂。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大器。所述放大器包括泵浦系統(tǒng)，增益介質(zhì)及加持結構件，所述的放大器中的增益介質(zhì)側邊為棱形，棱形的角度為5o至30o，在棱形外包覆有包邊物質(zhì)，包邊物質(zhì)的選擇范圍廣；本發(fā)明的固體激光放大器能有效抑制寄生振蕩，放大器的結構簡單、性能穩(wěn)定、易于制作。
文檔編號H01S3/06GK102148473SQ20111005443
公開日2011年8月10日 申請日期2011年3月8日 優(yōu)先權日2011年3月8日
發(fā)明者嚴雄偉, 葉海仙, 張君, 張永亮, 景峰, 朱啟華, 李明中, 段文濤, 王振國, 王明哲, 粟敬欽, 蔣新穎, 鄭奎興, 鄭建剛, 魏曉峰 申請人:中國工程物理研究院激光聚變研究中心