一种横流气体脉冲激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种横流气体脉冲激光器，在增益介质流动方向上，将增益区分为上游增益区和下游增益区，在下游增益区两侧有激光谐振腔组件，构成谐振腔，通过声光调q的方法实现激光脉冲输出。而上游增益区有凹面镜、凸面镜、两面45°反射镜和刮刀镜，构成正支非稳腔组件，其中凹面镜中心留有小孔。在下游增益区谐振腔内设有缩束光学系统，由下游增益区通输出小束斑光束为平行光束，其通过上游增益区凹面镜的小孔注入到上游增益区，注入的激光光束在上游正支非稳腔内进行振荡，利用正支非稳腔放大作用，实现激光光束光斑尺寸的放大和多次传输的激光能量放大，激光光束照射到刮刀镜上光斑，将被刮刀镜反射输出谐振腔外，最终实现高能脉冲激光输出。

Cross flow gas pulse laser

The invention relates to a cross flow gas laser, the flow direction of the gain medium, the gain is divided into upstream and downstream regions gain gain region, a laser resonator assembly on both sides of the downstream gain region, form the resonant cavity, through the method of acousto optical Q laser pulse output. While the upstream gain region with a concave mirror, mirror, mirror on both sides of 45 degrees and the scraper mirror, a positive branch unstable resonator component, the concave mirror center holes. Shrink beam optical system arranged in the resonant cavity by the downstream region downstream of the gain, gain output through small spot beam parallel beam, the upstream into the gain region through the hole concave upstream gain region mirror, laser beam into the oscillation in the upper reaches of the positive branch unstable cavity, the positive branch unstable resonator laser amplification. Energy laser beam size amplification and multiple transmission amplifier, laser beam irradiates on the spot will be mirror scraper, scraper mirror cavity, finally realizes the high energy pulse laser output.

【技术实现步骤摘要】
一种横流气体脉冲激光器
本专利技术涉及脉冲激光器的实现方法，具体地说是一种横流气动激光脉冲化(MOPA结构)的方法,主要用于CO2激光器、化学氧碘激光器(COIL)、HF/DF激光器等气体激光器上。
技术介绍
按照激光出光工作时间可将激光器分为脉冲激光和连续激光，两种形式的激光具有各自不同应用和不同技术优势。一般情况下，脉冲激光要比连续波激光器复杂，需要相应的调Q方法，以实现脉冲激光。另一方面，脉冲激光具有较高的峰值功率，但整体激光效率不高。目前连续波脉冲化的调Q方法较多，如：声光调Q、染料调Q、斩波调Q等方法，这些方法都需要一定特殊装置，不是实施过程较复杂，就是能量损失较大。而在高能横流气动激光器上，直接采用这些方法，其光学元件较易达到损失阈值，造成光学调Q器件的损伤或损坏。因此人们一直探寻实现高能激光调Q的实现方法，尤其像氧碘化学激光这样以化学原料为能源的激光体，激光输出能量较高，增益系数低，但模体积大，能量高的体系，实现调Q脉冲激光是一项重大难题。。
技术实现思路
为了解决上述不足，本专利技术的目的是提供一种横流高能气体脉冲激光器的实现方法，减小激光的能量损失，提高激光器脉冲能量。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种横流气体MOPA结构脉冲激光器的实现方法，用于横流气体激光器，在增益区增益介质流动方向上，将横流气体激光器的增益区分为上游增益区和下游增益区，在下游增益区两侧设置有激光谐振腔组件A，在增益介质流过该区域时通过声光调Q器实现脉冲激光输出，作为激光器系统的种子激光，注入到上游增益区的谐振腔组件B中，进行激光能量和光斑尺寸的放大，最终经过刮刀镜，输出高能脉冲激光，构成激光器体系；下游增益区左侧设有第一凹面全反镜，右侧从左至右依次设有扩束镜组、声光调Q器、偏振透过镜和耦合输出镜，第一凹面全反镜与耦合输出镜相对设置，由第一凹面全反镜、扩束镜组、声光调Q器、偏振透过镜和耦合输出镜形成光学谐振腔A。在增益介质流经光学谐振腔A时，将形成激光震荡，输出脉冲激光。由于声光调Q器的尺寸限制，采用扩束镜组增大激光模体积，缩小激光输出光斑尺寸，扩束镜组包括沿光路方向依次设置的聚焦透镜和发散透镜。在下游输出直径为0.5-3mm脉冲激光光束，经过偏振反射镜、透过1/4波片、通过全反镜，将脉冲激光通过第二凹面全反镜的小孔注入到上游增益区作为种子激光，种子激光在上游增益区由四个腔镜构成的折叠正支非稳腔内，进行来回反射，其能量和光斑均得到放大，最后激光光束照射到刮刀镜上得到激光输出，实现增益区上游的能量提取，实现高能量脉冲输出。所述增益介质由设置于上游增益区外侧的增益介质发生器提供；增益介质发生器可为电泵浦CO2、超音速氧碘激光增益发生器或HF/DF燃烧气动增益发生器等，对应的横流气体激光器可为CO2激光器、氧碘化学激光器或HF/DF激光器等；所述光学谐振腔A内垂直于激光光轴方向通入有增益介质形成下游增益区，增益区增益介质流动方向垂直于激光光轴方向；于光学谐振腔A外部增益介质的流入方向上设有光学谐振腔B，于光学谐振腔B内垂直于激光光轴方向流经有增益介质形成上游增益区，增益区增益介质流动方向垂直于激光光轴方向；即在增益区增益介质流动方向上，将横流气体激光器的增益区分为上游增益区和下游增益区；所述激光器主要是下游增益区与上游增益区相比较，上游增益区的增益较高，适合于激光能量的放大；所述在上游增益区一侧设置有凸面全反镜、第二凹面全反镜，在另一侧设有二个成对垂直设置的45度全反镜，45度全反镜分别与凸面全反镜、第二凹面全反镜相对应放置，于上游增益区与凸面全反镜间设有刮刀镜，形成非稳腔，即光学谐振腔B；该非稳腔耦合输出率大于腔内增益，因此在增益介质流入到该非稳腔时不能形成自激振荡，只有在种子激光注入后，通过腔镜来回反射，使得种子激光多次往返于上流增益区，因此其能量和束斑得到放大，最后在刮刀镜得到激光能量输出；所述在下游增益区通体声光调Q的方法产生具有较高能量的脉冲激光，此光束为小束斑激光，作为在上游增益区于光学谐振腔B内激光放大的种子激光；所述种子激光通过上游增益区一侧凹面反射镜上的小孔，注入到上游增益区中，注入种子激光一侧的反射镜中心留有小孔，小孔的中心与非稳腔光轴重合，其直径略大于种子激光斑直径；所述谐振反射镜设置于增益区的外侧。激光光学谐振腔A的放大率根据激光器的实际情况及需求选取，本专利技术下游增益区谐振腔既可以采用稳定腔型又可采用非稳腔型。本专利技术采用MOPA式结构，实施结构简单，而光学谐振腔的具体形式可以根据实际情况自行选择。本专利技术具有以下优点：1.实施简单。采用激光自身的谐振腔设计和优化，即能够实现本方案，无须其他相关技术手段。2.光学谐振采用振-放式结构(即MOPA结构)。该方案激光振荡在下游，再将下游的振荡产生的脉冲激光反馈给上游，注入种子激光的多次放大和能量提取，实现高能气体脉冲激光。3.采用自身产生的高功率密度激光光束，对自身存储能量的提取，能量提取效率高、光波长匹配性好。4.充分利用增益介质流动性，在增益低的下游区域产生种子脉冲激光，而在增益高的上游区域进行种子激光的放大，充分利用整个填充区域的增益介质能量，所利用激光模体积大，有利于实现高能量脉冲激光输出，同时减低了对激光元件的特殊要求。附图说明图1为横流气体MOPA结构折叠光腔提取能量脉冲激光器原理示意图；图2为横流气体MOPA结构单次光腔提取能量脉冲激光器原理示意图。具体实施方式本专利技术依据横流气动激光器增益介质流动的特点，在空间上充分考虑激光模体积，即激光增益介质的空间体积，已增加其脉冲能量。由于增益介质的自发辐射、淬灭等因素带来介质增益的衰减，在增益介质流动方向上逐渐衰减，因此需要根据增益介质性质及介质流速的具体条件来确定介质流动方向的尺度。而横流激光器增益介质的特点是上游增益介质增益高，下游增益低。所以提出了下游光腔采用声光调Q实现脉冲激光(如图1所示)，再使其在高增益的上游得到激光能量的放大，实现较高能量的脉冲输出。而上、下游增益区增益下降，通过多次脉冲能量的输出，提取增益区的存储能量，当这部分存储能量提取尽后让其流出增量空间，同时增益区内填充新的、未进行能量提取的高增益介质，再次实现脉冲激光序列的输出，然后再经过上游增益区放大，形成循环反复的脉冲激光输出过程。其脉冲激光输出既有声光调Q器实现的脉冲激光，由于增益介质填充周期引入时间调制周期。本专利技术工作原理是：采用振-放的工作模式(MOPA结构)，利用光学谐振腔的巧妙设计，实现高能激光脉冲在高增益区内多次振荡放大，以实现激光上游增益区能量的有效提取。下面通过实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1本专利技术由增益介质发生器1，上游增益区14，下游增益区3，下游激光谐振腔A，扩束镜组4，声光调Q器5、偏振透过镜6和耦合输出镜7形成光学谐振腔A；(如图1所示)。在上游增益区14一侧设置有凸面全反镜12、第二凹面全反镜11，在另一侧设有二个成对垂直设置的45度全反镜1，45度全反镜16分别与凸面全反镜、第二凹面全反镜相对应放置，于上游增益区2与凸面全反镜间设有刮刀镜，形成非稳腔，即光学谐振腔B；在声光调Q器5调Q作用下，光学谐振腔A内形成调Q脉冲激光经耦合输出镜输出。增益介质发生器1对于不同体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种横流气体脉冲激光器，包括光学谐振腔A，其特征在于：于光学谐振腔A内垂直于激光光轴方向通入有增益介质形成下游增益区(3)，增益区增益介质流动方向垂直于激光光轴方向；于光学谐振腔A外部增益介质的流入方向上设有光学谐振腔B，于光学谐振腔B内垂直于激光光轴方向流经有增益介质形成上游增益区(14)，增益区增益介质流动方向垂直于激光光轴方向；即在增益区增益介质流动方向上，将横流气体激光器的增益区分为上游增益区(14)和下游增益区(3)；在下游增益区(3)内经光学谐振腔A形成振荡激光输出，输出的激光依次经过偏振反射镜(8)、透过1/4波片(9)、通过全反镜(10)反射，注入光学谐振腔B内，于上游增益区(2)内经光学谐振腔B往返振荡传输放大后输出。

【技术特征摘要】
1.一种横流气体脉冲激光器，包括光学谐振腔A，其特征在于：于光学谐振腔A内垂直于激光光轴方向通入有增益介质形成下游增益区(3)，增益区增益介质流动方向垂直于激光光轴方向；于光学谐振腔A外部增益介质的流入方向上设有光学谐振腔B，于光学谐振腔B内垂直于激光光轴方向流经有增益介质形成上游增益区(14)，增益区增益介质流动方向垂直于激光光轴方向；即在增益区增益介质流动方向上，将横流气体激光器的增益区分为上游增益区(14)和下游增益区(3)；在下游增益区(3)内经光学谐振腔A形成振荡激光输出，输出的激光依次经过偏振反射镜(8)、透过1/4波片(9)、通过全反镜(10)反射，注入光学谐振腔B内，于上游增益区(2)内经光学谐振腔B往返振荡传输放大后输出。2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于：在下游增益区(3)左侧设有第一凹面全反镜(2)，右侧从左至右依次设有扩束镜组(4)、声光调Q器(5)、偏振透过镜(6)和耦合输出镜(7)，第一凹面全反镜(2)与耦合输出镜(7)相对设置，由第一凹面全反镜(2)、扩束镜组(4)、声光调Q器(5)、偏振透过镜(6)和耦合输出镜(7)形成光学谐振腔A；所述扩束镜组(4)包括沿光路方向依次设置的聚焦透镜和发散透镜，激光经过扩束镜组(4)形成直径为0.5-3mm的高功率密度激光束；在声光调Q器(5)调Q作用下，光学谐振腔A内形成调Q脉冲激光经耦合输出镜输出。3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于：光学谐振腔A输出的激光束直径为0.5-3mm，经过偏振反射镜(8)、1/4波片(9)、反射镜(10)后，通过第二凹面全反镜(11)中心开有的通孔注入光学谐振腔B内，于上游增益区(14)内经光学谐振腔B使激光振荡放大后输出。4.根据权利要求2或3所述的激光器，其特征在于：在上游增益区(14)右侧设置有凸面全反镜(12)、第二凹面全反镜(11)，在左侧设有二个成对垂直设置的45度全反镜(1)、45度全反镜(16)分别与凸面全反镜、第二凹面...

【专利技术属性】
技术研发人员：公发全，李刚，贾勇，王峰，邓淞文，刘锐，王晓丹，金玉奇，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21