一种基于大功率气流化学激光系统的双级注入放大装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于大功率气流化学激光系统的双级注入放大装置，该装置包括种子激光器、初级注入放大器和二级注入放大器，采用种子激光注入初级激光放大器进行放大后再注入到二级放大器进行放大输出的结构。其中种子激光器为单模选线化学激光器，初级注入放大器采用“8”字环形腔结构，二级注入放大器采用矩形腔结构，实现选线气流化学激光的放大输出。本发明专利技术可实现选线化学激光的高功率、单模、线偏振输出，可广泛应用于激光物理、激光化学等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于大功率气流化学激光系统的双级注入放大装置
本专利技术属于化学激光器件领域，具体涉及一种基于大功率气流化学激光系统的双级注入放大装置。
技术介绍
化学激光是通过化学反应直接产生激发态粒子而得到的激光，它具有许多其它激光器无法比拟的特点：直接将化学反应的化学能转化为其它能量而不需外部能源；激光谱线丰富，波长涵盖近红外和中红外范围，具有良好的大气传输特性；输出功率和能量转换效率都很高；工程可放大性好等，因此自问世以来，化学激光器被广泛应用于工业、科研、医疗等领域并且得到迅速的发展。工作在中红外波长范围的气流化学激光器如HF/DF、HBr、CO2等激光器通常是多谱线运转，而在实际工作中往往要求激光器以某些特定波长运转，因此中红外气流化学激光器的单谱线运转变得十分有意义。腔内闪耀光栅进行选线是目前用于激光器实现选线输出的一种重要方法。闪耀光栅具有很强的光谱分辨本领，它是通过特殊的刻划方法，将光栅的单槽衍射零级与槽间干涉零级错开，从而将光能转移到所需的一级衍射上去。使用闪耀光栅进行选线，需满足光栅方程d(sinφ+sinθ)=mλ（其中φ、θ分别是入射角和衍射角，d为刻线间距离，m为衍射级次），当入射角φ与衍射角θ相等时，光栅以自准直方式（Littrow结构）工作，所对应波长的激光在腔内实现振荡，实现选线激光的输出。使用闪耀光栅作为腔镜进行选线，其结构简单，操作便捷，并且采用金属基底水冷型的闪耀光栅可以得到较大功率的输出激光。但对于大功率气流化学激光器，特别是长时间连续运转的激光器来说，腔内的过高功率密度依然会对闪耀光栅造成致命损伤，因此采用闪耀光栅直接选线实现大功率化学激光输出的方法并不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种基于大功率气流化学激光系统的双级注入放大装置，该装置采用种子激光注入初级激光放大器进行放大后再注入到二级放大器进行放大输出的结构，可实现选线化学激光的高功率、单模、线偏振输出。为实现本专利技术的目的，具体技术解决方案是：一种基于大功率气流化学激光系统的双级注入放大装置，其特征在于包括种子激光器、初级注入放大器和二级注入放大器；在所述种子激光器中输出的光经平面全反射镜Ⅰ和平面全反射镜Ⅱ反射进入初级注入放大器，在初级注入放大器放大后的光经平面全反射镜Ⅳ输出进入缩束器，经缩束的光进入二级注入放大器并将放大后的光输出；初级注入放大器包括平凹反射镜Ⅱ，所述平凹反射镜Ⅱ中心设置有通孔；用于经平面全反射镜Ⅱ反射的光通过通孔输入到扩束器上；扩束器由凹透镜和凸透镜组成；平凹反射镜Ⅲ，用于将经扩束器扩大的光输出到平面衍射光栅Ⅱ上；平面衍射光栅Ⅱ，用于选取所述平凹反射镜Ⅲ输出的满足光栅一级衍射波长的光；布儒斯特片Ⅰ，用于将经平面衍射光栅Ⅱ的一级衍射波长的光汇聚到初级注入放大模块中；布儒斯特片Ⅱ，用于将在初级注入放大模块中放大后的光输出到平面反射镜Ⅲ上；平面反射镜Ⅲ，用于将来自布儒斯特片Ⅱ的光反射到刮刀镜Ⅰ上；刮刀镜Ⅰ，用于将平面反射镜Ⅲ反射的光穿过刮刀镜Ⅰ汇聚于平凹反射镜Ⅱ上，并将放大的光在刮刀镜Ⅰ上耦合输出到平面全反射镜Ⅳ上；二级注入放大器包括平面反射镜Ⅴ，所述平面反射镜Ⅴ中心设置有通孔，用于经缩束器缩束的光通过通孔输入到二级注入一次放大模块和二级注入二次放大模块中；刮刀镜Ⅱ，用于将经二级注入一次放大模块和二级注入二次放大模块放大后的光输出到平凸反射镜上，并将二级放大后的光在刮刀镜Ⅱ耦合输出；平凸反射镜，用于将穿过刮刀镜Ⅱ的光反射平凹反射镜Ⅳ上；平凹反射镜Ⅳ，用于将平凸反射镜反射的光输出到二级注入三次放大模块和二级注入四次放大模块中；平面反射镜Ⅵ，用于将二级注入三次放大模块和二级注入四次放大模块放大后的光反射到平面反射镜Ⅴ上。本专利技术的上述技术方案，种子激光器由同轴设置的闪耀光栅Ⅰ、光阑、F-P标准具、布儒斯特片Ⅲ、种子光增益区、平凹输出耦合镜Ⅰ构成；所述闪耀光栅Ⅰ和平凹输出耦合镜Ⅰ之间组成谐振腔，邻近闪耀光栅Ⅰ的一侧依次为光阑、F-P标准具、布儒斯特片Ⅲ、种子光增益区，所述平凹输出耦合镜Ⅰ邻近所述平面全反射镜Ⅰ设置，并将放大后的光耦合输出到平面全反射镜Ⅰ上。本专利技术激光装置的工作过程如下：种子激光器内的闪耀光栅Ⅰ以Littrow方式放置，其衍射角被调整至所选择波长所对应的角度，其角度为选线波长所对应的衍射角度，满足光栅方程d(sinφ+sinθ)=mλ（其中φ、θ分别是入射角和衍射角，d为刻线间距离且本专利技术中d为1/300mm，m为衍射级次）。当激光装置工作时，由种子激光器产生的单模线偏振选线种子化学激光经平面全反镜反射，通过初级注入放大器腔镜中心的小孔注入到放大器中，通过扩束器扩束后在初级注入放大器的谐振腔中振荡放大，并对初级注入放大器自身所产生的受激辐射光进行控制，使输出的初级放大光的波长被与种子激光的波长相一致。输出的初级放大光经过缩束后，通过二级注入放大器腔镜中心的小孔注入到二级放大器中，通过四个放大模块在谐振腔中进行振荡放大，由于注入的初级放大光的模式远大于二级放大器的自然模，因此能够更为有效地提取二级放大器内的增益，使得最终的输出的大功率激光的波长与最初的种子光波长一致，实现大功率化学激光的选线输出。本专利技术的上述任一技术方案，所述初级注入放大器的谐振腔是由平凹反射镜Ⅱ、平凹反射镜Ⅲ、平面衍射光栅Ⅱ、平面反射镜Ⅲ构成的“8”字形环形腔。本专利技术的上述任一技术方案，二级注入放大器谐振腔是由平面反射镜Ⅴ、平凸反射镜、平凹反射镜Ⅳ、平面反射镜Ⅵ构成的矩形环形腔。本专利技术的上述任一技术方案，种子激光器中闪耀光栅Ⅰ以Littrow方式放置，种子激光以自准直方式振荡输出。本专利技术的上述任一技术方案，所述缩束器由凸透镜和凹透镜构成，凸透镜和凹透镜两面分别都有增透膜。本专利技术中，二级注入放大器谐振腔为非稳环形腔。本专利技术中种子激光器采用平凹稳定腔结构，腔内插入小孔光阑实现基模输出，腔内插入F-P标准具以压缩种子激光的线宽。在初级注入放大器的谐振腔中放置对称的双布儒斯特片，两双布儒斯特片与光轴之间的夹角均为54.5°。本专利技术中的扩束器和缩束器的透镜分别镀有增透膜。本专利技术具有以下优点：1、使用种子注入激光放大的方法，通过种子激光对注入放大级的控制，不会因腔内光学元件的限制而受到影响，可获得大功率气流化学激光的选线输出。2、种子激光器中闪耀光栅以Littrow自准直方式工作，腔内激光一级振荡一级输出，选线方法简单。腔内插入光阑和倾斜的F-P标准具，便于实现种子激光以基模、窄线宽方式输出。3、在初级注入放大器中，采用“8”字形环形腔，可有效提取腔内的增益，且腔内采用扩束的方法在有效提高光栅分辨本领的同时降低了入射到光栅上振荡光的功率密度，避免光栅受到损伤。4、二级注入放大器采用矩形非稳腔结构，腔内采用多个模块对注入腔内的激光进行放大，可以获得高功率、光束质量优良的连续化学激光。附图说明图1为本专利技术基于大功率气流化学激光系统的双级注入放大装置的结构示意图。具体实施方式下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。如附图所示，本专利技术基于大功率气流化学激光器的双级注入放大装置，其结构包括种子激光器、初级注入放大器和二级注入放大器；在所述种子激光器中输出的光经平面全反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于大功率气流化学激光系统的双级注入放大装置，其特征在于包括种子激光器、初级注入放大器和二级注入放大器；在所述种子激光器中输出的光经平面全反射镜Ⅰ（7）和平面全反射镜Ⅱ（8）反射进入初级注入放大器，在初级注入放大器放大后的光经平面全反射镜Ⅳ（19）输出进入缩束器，经缩束的光进入二级注入放大器并将放大后的光输出；初级注入放大器包括平凹反射镜Ⅱ（9），所述平凹反射镜Ⅱ（9）中心设置有通孔；用于经平面全反射镜Ⅱ（8）反射的光通过通孔输入到扩束器上；扩束器由凹透镜（10）和凸透镜（11）组成；平凹反射镜Ⅲ（12），用于将经扩束器扩大的光输出到平面衍射光栅Ⅱ（13）上；平面衍射光栅Ⅱ（13），用于选取所述平凹反射镜Ⅲ（12）输出的满足光栅一级衍射波长的光；布儒斯特片Ⅰ（14），用于将经平面衍射光栅Ⅱ（13）的一级衍射波长的光汇聚到初级注入放大模块（15）中；布儒斯特片Ⅱ（16），用于将在初级注入放大模块（15）中放大后的光输出到平面反射镜Ⅲ（17）上；平面反射镜Ⅲ（17），用于将来自布儒斯特片Ⅱ（16）的光反射到刮刀镜Ⅰ（18）上；刮刀镜Ⅰ（18），用于将平面反射镜Ⅲ（17）反射的穿过刮刀镜Ⅰ（18）的光汇聚于平凹反射镜Ⅱ（9）上，并将放大的光由刮刀镜（18）耦合输出到平面全反射镜Ⅳ（19）上；二级注入放大器包括平面反射镜Ⅴ（22），所述平面反射镜Ⅴ（22）中心设置有通孔，用于将缩束器缩束的光通过通孔输入到二级注入一次放大模块（23）和二级注入二次放大模块（24）中；刮刀镜Ⅱ（25），用于将经二级注入一次放大模块（23）和二级注入二次放大模块（24）放大后的光输出到平凸反射镜（26）上，并将二级放大后的光在刮刀镜Ⅱ（25）耦合输出；平凸反射镜（26），用于将穿过刮刀镜Ⅱ（25）的光反射平凹反射镜Ⅳ（27）上；平凹反射镜Ⅳ（27），用于将平凸反射镜（26）反射的光输出到二级注入三次放大模块（28）和二级注入四次放大模块（29）中；平面反射镜Ⅵ（30），用于将二级注入三次放大模块（28）和二级注入四次放大模块（29）放大后的光反射到平面反射镜（22）上。...

【技术特征摘要】
1.一种基于大功率气流化学激光系统的双级注入放大装置，其特征在于包括种子激光器、初级注入放大器和二级注入放大器；在所述种子激光器中输出的光经平面全反射镜Ⅰ（7）和平面全反射镜Ⅱ（8）反射进入初级注入放大器，在初级注入放大器放大后的光经平面全反射镜Ⅳ（19）输出进入缩束器，经缩束的光进入二级注入放大器并将放大后的光输出；初级注入放大器包括平凹反射镜Ⅱ（9），所述平凹反射镜Ⅱ（9）中心设置有通孔；用于经平面全反射镜Ⅱ（8）反射的光通过通孔输入到扩束器上；扩束器由凹透镜（10）和凸透镜（11）组成；平凹反射镜Ⅲ（12），用于将经扩束器扩大的光输出到平面衍射光栅Ⅱ（13）上；平面衍射光栅Ⅱ（13），用于选取所述平凹反射镜Ⅲ（12）输出的满足光栅一级衍射波长的光；布儒斯特片Ⅰ（14），用于将经平面衍射光栅Ⅱ（13）的一级衍射波长的光汇聚到初级注入放大模块（15）中；布儒斯特片Ⅱ（16），用于将在初级注入放大模块（15）中放大后的光输出到平面反射镜Ⅲ（17）上；平面反射镜Ⅲ（17），用于将来自布儒斯特片Ⅱ（16）的光反射到刮刀镜Ⅰ（18）上；刮刀镜Ⅰ（18），用于将平面反射镜Ⅲ（17）反射的穿过刮刀镜Ⅰ（18）的光汇聚于平凹反射镜Ⅱ（9）上，并将放大的光由刮刀镜Ⅰ（18）耦合输出到平面全反射镜Ⅳ（19）上；二级注入放大器包括平面反射镜Ⅴ（22），所述平面反射镜Ⅴ（22）中心设置有通孔，用于将缩束器缩束的光通过通孔输入到二级注入一次放大模块（23）和二级注入二次放大模块（24）中；刮刀镜Ⅱ（25），用于将经二级注入一次放大模块（23）和二级注入二次放大模块（24）放大后的光输出到平凸反射镜（26）上，并将二级放大后的光在刮刀镜Ⅱ（25）耦合输出；平凸反射镜（26），用于将穿过刮刀镜Ⅱ（25）的光反射平凹反射镜Ⅳ（27）上；平凹反射镜Ⅳ（27），用于将平...

【专利技术属性】
技术研发人员：王元虎，多丽萍，金玉奇，唐书凯，于海军，汪健，曹靖，康元福，
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