基于双折射滤波的增益平坦宽带钕玻璃放大器及增益方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双折射滤波的增益平坦宽带钕玻璃放大器，它包括偏振控制器、双折射滤波光谱均衡器和钕玻璃放大器，偏振控制器由在光路中依次排列的四分之一波片和半波片组成，所述双折射滤波光谱均衡器由在光路中依次排列的起偏器、相位延迟器和检偏器组成，所述起偏器和检偏器的偏振透过方向一致，所述相位延迟器固定于旋转调整架上，所述钕玻璃放大器包括钕玻璃和泵浦光源。本发明专利技术结合双折射滤波光谱均衡器和钕玻璃放大器，构建了一种增益平坦的钕玻璃宽带激光放大器。具体而言是采用双折射光谱滤波技术调节光谱透过率，对传统钕玻璃放大器的增益光谱进行反补偿，最终实现在较宽光谱范围内的平坦的增益谱线。

【技术实现步骤摘要】
基于双折射滤波的增益平坦宽带钕玻璃放大器及增益方法
本专利技术属于钕玻璃放大器领域，更具体的说，涉及一种基于双折射滤波的增益平坦宽带钕玻璃放大器及增益方法，可以在20nm光谱范围内将钕玻璃放大器的增益谱调平。
技术介绍
高功率激光技术被广泛应用在多种大型激光装置中，这些大型高功率激光装置的输出脉冲能量可以达到2MJ以上，在高能量密度物理，惯性约束核聚变等领域具有重要的应用价值。目前，基于钕玻璃放大器的高功率激光放大的技术路线已经相对成熟，在各国的大型高功率激光装置中，钕玻璃作为激光放大器已经被广泛应用。然而，目前钕玻璃放大器的配置主要面对的是窄带纳秒脉冲的放大。当激光带宽进一步增大时，钕玻璃放大器将会受到增益窄化效应、增益饱和效应、非线性效应等的影响。尤其是增益窄化效应，将导致放大后的光谱大幅变窄。而另一方面，现有的研究已经证明：宽带激光有可能解决激光器的负载能力与光束质量的问题，同时还有益于实现束匀滑提高靶面辐照均匀性。此外，增大带宽还可以抑制SRS，SBS等效应。因此，提出一种克服增益窄化效应，实现增益平坦的钕玻璃宽带激光放大器，不仅适用现有的钕玻璃放大技术路线，更有望实现宽带高功率激光的输出，具有十分重要的现实意义。当前，为了实现宽带激光的放大，常用的技术路线主要有啁啾脉冲放大、混合玻璃放大器等。啁啾脉冲激光放大技术需要采用复杂的前端系统，产生啁啾脉冲作为放大系统的信号光；混合玻璃放大器则需要引入新的钕玻璃(如硅酸盐玻璃)作为放大器，大幅增加了放大系统的复杂度和成本。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于双折射滤波的增益平坦宽带钕玻璃放大器及增益方法，本专利技术结合双折射滤波光谱均衡器和钕玻璃放大器，构建了一种增益平坦的钕玻璃宽带激光放大器。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于双折射滤波的增益平坦宽带钕玻璃放大器，它包括偏振控制器、双折射滤波光谱均衡器和钕玻璃放大器，所述偏振控制器由在光路中依次排列的四分之一波片和半波片组成，所述双折射滤波光谱均衡器由在光路中依次排列的起偏器、相位延迟器和检偏器组成，所述起偏器和检偏器的偏振透过方向一致，所述相位延迟器固定于旋转调整架上，所述钕玻璃放大器包括钕玻璃和泵浦光源。所述泵浦光源为泵浦用氙灯或激光器。所述起偏器为第一偏振片，检偏器为第二偏振片。所述偏振控制器的功能为获得与后续起偏器偏振方向一致的线偏振光，减小起偏器引起的插入损耗。所述相位延迟器为双折射晶体。所述双折射晶体为自然双折射晶体或人工双折射晶体，为石英晶体、钒酸钇晶体、方解石或a-BBO晶体。一种基于双折射滤波的增益平坦宽带钕玻璃放大器的增益方法，包括以下步骤，步骤1，一束波长为λ(1053nm±10nm)的待放大的种子激光束，首先入射到偏振控制器上，种子激光束先通过四分之一波片，调节四分之一波片的角度使光束以线偏光出射，随后，光束通过半波片，调节半波片的角度，使线偏光方向与起偏器的透射方向一致；步骤2，所述步骤1获得的线偏光光束入射到起偏器上，随后透射到厚度为d的双折射晶体中，旋转双折射晶体，使双折射晶体主光轴和第一偏振片透射光方向成夹角θ，所述激光束分裂为寻常光和非寻常光，所述寻常光和非寻常光的折射率差为Δn，所述寻常光(O光)和非寻常光(e光)之间产生相位差因此，光束经过双折射晶体后，相位差的存在使得激光束的偏振方向发生旋转，因此，光束经过双折射晶体后，相位差的存在使得激光束的偏振方向发生旋转，并且不同波长的偏振旋转大小不同；步骤3，激光束通过偏振片，由于不同波长的偏振方向不同，因此透射光强随波长而改变，从而实现滤波作用，从而实现滤波作用。双折射滤波光谱均衡器的电场透射率T的函数为：T＝1-A·(1-cos(Φ))，其中，A为调制深度，双折射滤波光谱均衡器的电场透射率可见，电场透射率呈余弦函数形式，关于波长的振荡周期由双折射晶体厚度和折射率差决定，旋转双折射晶体，改变主光轴与偏振方向夹角，则可以调整透射率的数值；双折射滤波光谱均衡器的出射光束由于第一偏振片和第二偏振片的滤波作用，在光谱上呈现马鞍型凹陷，实现增益光谱的预补偿，获得总体增益平坦的宽带激光放大器。本专利技术基于双折射滤波的增益平坦宽带钕玻璃放大器的增益方法中具体结构和参数的选择包括以下方面：1.确定双折射晶体的种类和厚度。由于双折射滤波光谱均衡器的带宽和中心波长取决于透射光谱中的调制相位，即双折射晶体的折射率差和厚度。因此，在选取适合的双折射晶体种类的基础上，根据放大器所需放大带宽和中心波长确定双折射晶体厚度，所需要的增益光谱落在光谱均衡器的滤波范围之内。2.确定双折射晶体光谱的主光轴方向。双折射晶体固定于旋转调节架上，可以转动主光轴方向。由于主光轴方向决定了透射光谱的调制深度，因此，为获得增益平坦的宽带激光放大器，需要根据钕玻璃放大的增益特性，设计合适的调制深度，实现对增益光谱的反补偿。继而根据所需的调制深度确定相应的主光轴方向。3.确定所需的放大器级数。为了获得更高的放大倍数，可以将放大单元进行级联。根据最终实现宽带激光放大所需的放大倍数，确定所需的放大器级数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：①本专利技术结合双折射滤波光谱均衡器和钕玻璃放大器，构建了一种增益平坦的钕玻璃宽带激光放大器，采用双折射光谱滤波技术调节光谱透过率，对传统钕玻璃放大器的增益光谱进行反补偿，最终实现在较宽光谱范围内的平坦的增益谱线；②本专利技术采用四分之一波片和半波片控制入射光偏振，避免因入射光偏振不确定导致起偏器引起的插入损耗，③本专利技术根据钕玻璃放大器的放大倍数，选取合适的主光轴与偏振方向夹角，实现不同大小的光谱预补偿效果；④根据所需激光放大器的放大带宽，选取合适种类和厚度的双折射晶体，获得足够的光谱预补偿带宽；⑤本专利技术不仅局限于单级结构，可以采用多级级联的结构，获得更大增益的增益平坦宽带钕玻璃放大器；⑥本专利技术可以在较宽光谱范围(大于20nm)实现相对平坦的增益谱线，实现较均匀的宽带激光放大，而且可以根据具体需求扩展为更为结构复杂的双折射滤波光谱均衡器，获得带宽更大，增益更平坦的宽带钕玻璃放大器。附图说明图1为本专利技术的增益平坦宽带钕玻璃放大器的整体结构图。图2为本专利技术中双折射滤波光谱均衡器的结构图。图3为本专利技术具体实施方式中，通过增益谱进行预补偿的理论计算结果曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例来对本专利技术一种基于双折射滤波的增益平坦宽带钕玻璃放大器的装置做进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解其具体结构和实现过程，但不能以此来限制本专利技术专利保护范围。本实施例基于双折射滤波的增益平坦宽带钕玻璃放大器，它包括偏振控制器1、双折射滤波光谱均衡器4和钕玻璃放大器8，所述偏振控制器由在光路中依次排列的四分之一波片2和半波片3组成，所述双折射滤波光谱均衡器4由在光路中依次排列的起偏器5、相位延迟器6和检偏器7组成，所述起偏器5和检偏器7的偏振透过方向一致，起偏器5为第一偏振片，检偏器7为第二偏振片，所述相位延迟器6固定于旋转调整架上，所述钕玻璃放大器8包括钕玻璃和泵浦光源。作为优选，本实施例中泵浦光源为泵浦用氙灯或激光器。作为进一步优选，本实施例中相位延迟器为双折射晶体。作为更进一步优选，本实施例中双折射晶体为自然双折射晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双折射滤波的增益平坦宽带钕玻璃放大器，其特征在于，它包括偏振控制器(1)、双折射滤波光谱均衡器(4)和钕玻璃放大器(8)，所述偏振控制器由在光路中依次排列的四分之一波片(2)和半波片(3)组成，所述双折射滤波光谱均衡器(4)由在光路中依次排列的起偏器(5)、相位延迟器(6)和检偏器(7)组成，所述起偏器(5)和检偏器(7)的偏振透过方向一致，所述相位延迟器(6)固定于旋转调整架上，所述钕玻璃放大器(8)包括钕玻璃和泵浦光源。

【技术特征摘要】
1.一种基于双折射滤波的增益平坦宽带钕玻璃放大器，其特征在于，它包括偏振控制器(1)、双折射滤波光谱均衡器(4)和钕玻璃放大器(8)，所述偏振控制器由在光路中依次排列的四分之一波片(2)和半波片(3)组成，所述双折射滤波光谱均衡器(4)由在光路中依次排列的起偏器(5)、相位延迟器(6)和检偏器(7)组成，所述起偏器(5)和检偏器(7)的偏振透过方向一致，所述相位延迟器(6)固定于旋转调整架上，所述钕玻璃放大器(8)包括钕玻璃和泵浦光源。2.根据权利要求1所述的基于双折射滤波的增益平坦宽带钕玻璃放大器，其特征在于，所述泵浦光源为泵浦用氙灯或激光器。3.根据权利要求1所述的基于双折射滤波的增益平坦宽带钕玻璃放大器，其特征在于，所述起偏器(5)为第一偏振片，检偏器(7)为第二偏振片。4.根据权利要求1所述的基于双折射滤波的增益平坦宽带钕玻璃放大器，其特征在于，所述相位延迟器为双折射晶体。5.根据权利要求4所述的基于双折射滤波的增益平坦宽带钕玻璃放大器，其特征在于，所述双折射晶体为自然双折射晶体或人工双折射晶体，为石英晶体、钒酸钇晶体、方解石或a-BBO晶体。6.一种权利要求1所述的基于双折射...

【专利技术属性】
技术研发人员：高妍琦，徐忠扬，崔勇，饶大幸，单炯，刘栋，季来林，王韬，马伟新，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31