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(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光放大器技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
激光自從被發(fā)明以來，已經(jīng)在科學(xué)和工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其中一個(gè)重要方面的應(yīng)用是作為慣性約束聚變(ICF)和慣性聚變能(IFE)的驅(qū)動(dòng)器以及提供極端的物質(zhì)條件。在此類應(yīng)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(cè)邊反射容易形成寄生振蕩，嚴(yán)重地消耗了增益介質(zhì)的儲(chǔ)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(cè)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(cè)邊的反射，從而達(dá)到抑制寄生振蕩的目的。折射率匹配是抑制寄生振蕩的關(guān)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(yán)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(duì)的兩個(gè)側(cè)邊加工成具有一定的微小傾斜角度或者是將側(cè)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(cè)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(shí)際科研和工程中通常將以上兩種方法結(jié)合起來使用。還有另外一種方法是將增益介質(zhì)側(cè)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(huì)遭到很大的破壞，實(shí)際試驗(yàn)和工程中這種方法沒有被采用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種能有效抑制寄生振蕩的固體激光放大
ο本實(shí)用新型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(jié)構(gòu)件，其特點(diǎn)是增益介質(zhì)側(cè)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)。本實(shí)用新型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。本實(shí)用新型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。本實(shí)用新型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)為銅玻璃、石墨、含碳熱熔樹脂中的一種。本實(shí)用新型將增益介質(zhì)側(cè)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(cè)邊時(shí)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(shí)的方向有一定的夾角。從而有效防止寄生振蕩的產(chǎn)生。[0012]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(jì)算表明，棱角頂角小于30°時(shí)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(duì)寄生振蕩的抑制效果也越好。但是對(duì)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。本實(shí)用新型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(duì)于相同的剩余反射率要求，將側(cè)邊做成棱角對(duì)折射率匹配水平的要求降低了，從而擴(kuò)大了包邊物質(zhì)的選擇范圍，可以選擇熱導(dǎo)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(cè)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(shí)防止了反射回路的產(chǎn)生。將增益介質(zhì)側(cè)邊加工成棱角，與普通包邊相比結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型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(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型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(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型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(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實(shí)用新型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(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實(shí)用新型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(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。圖1是本實(shí)用新型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(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)用新型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(cè)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(jié)構(gòu)件固定，泵浦源為二極管激光器。圖2是本實(shí)用新型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(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)用新型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(cè)邊被加工成多個(gè)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(jié)構(gòu)件固定，泵浦源為二極管激光器。圖3是本實(shí)用新型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(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)用新型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(cè)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(jié)構(gòu)件固定，泵浦源為二極管激光器。圖4是本實(shí)用新型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(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)用新型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(cè)邊被加工成多個(gè)棱角，成鋸齒狀，每個(gè)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(jié)構(gòu)件固定，泵浦源為二極管激光器。圖5是對(duì)于頂角為30°的單個(gè)棱角，自發(fā)輻射光束垂直入射時(shí)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(jìn)棱角，光束傳輸至棱角的一個(gè)側(cè)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(cè)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(jìn)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(huì)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(cè)邊加工成棱角抑制寄生振蕩主要的機(jī)理是棱角的構(gòu)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(diǎn)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(duì)寄生振蕩起到較好的抑制作用。分析計(jì)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(zhǎng)寬比例對(duì)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(dá)到一般要求的剩余反射率的程度，對(duì)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(kuò)大了對(duì)包邊物質(zhì)的選擇范圍，可選擇熱膨脹系數(shù)、化學(xué)穩(wěn)定性較為優(yōu)良的物質(zhì)進(jìn)行包邊。
權(quán)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(jié)構(gòu)件，其特征在于所述的放大器中的增益介質(zhì)側(cè)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(quán)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(quán)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(quán)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、含碳熱熔樹脂中的一種。
專利摘要本實(shí)用新型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(jié)構(gòu)件，所述的放大器中的增益介質(zhì)側(cè)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；本實(shí)用新型的固體激光放大器能有效抑制寄生振蕩，放大器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、易于制作。
文檔編號(hào)H01S3/06GK201956567SQ201120058290
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者嚴(yán)雄偉, 葉海仙, 張君, 張永亮, 景峰, 朱啟華, 李明中, 段文濤, 王振國(guó), 王明哲, 粟敬欽, 蔣新穎, 鄭奎興, 鄭建剛, 魏曉峰 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心