一种多功能光束反转器制造技术

本发明专利技术提供了一种多功能光束反转器，包括：激光器发出的激光束通过反射镜Ⅰ和反射镜Ⅱ进入透镜Ⅲ转化为平行光，从而使主放内的大口径光束转化为中等口径光束，便于在多功能光束反转器内传输；平行光束经过对主激光脉冲起导通作用并对自激振荡和反激光隔离的电光开关后进入反射镜Ⅲ、反射镜Ⅳ和发射镜Ⅴ组成的90°转角体；90°转角体对平行光束的近场和偏振态进行90°旋转；然后平行光束经透镜Ⅳ进行汇聚，再依次经反射镜Ⅵ和反射镜Ⅶ导出。采用本发明专利技术，改善了系统的能量输出特性；同时使像散转化成离焦，再通过透镜调焦补偿即可明显提升系统输出光束的远场质量。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种多功能光束反转器，包括：激光器发出的激光束通过反射镜Ⅰ和反射镜Ⅱ进入透镜Ⅲ转化为平行光，从而使主放内的大口径光束转化为中等口径光束，便于在多功能光束反转器内传输；平行光束经过对主激光脉冲起导通作用并对自激振荡和反激光隔离的电光开关后进入反射镜Ⅲ、反射镜Ⅳ和发射镜Ⅴ组成的90°转角体；90°转角体对平行光束的近场和偏振态进行90°旋转；然后平行光束经透镜Ⅳ进行汇聚，再依次经反射镜Ⅵ和反射镜Ⅶ导出。采用本专利技术，改善了系统的能量输出特性；同时使像散转化成离焦，再通过透镜调焦补偿即可明显提升系统输出光束的远场质量。【专利说明】一种多功能光束反转器
本专利技术属于高功率激光
，具体涉及一种用于多程激光放大系统的多功能光束反转器。
技术介绍
目前，世界上多个国家正在建设用于惯性约束聚变(Inertial ConfinementFus1n, I CF)研究的高功率激光装置，并纷纷采用了“方形光束+多程放大”的总体技术路线。“方形光束”指将激光装置由过去的单光束设计改为多束阵列化设计，以便进一步提高片状放大器氙灯泵浦效率，从而提高系统储能效率，对应的单元组件或模块(如空间滤波器、电光开关等)多采用组合结构；同时，采用组合结构设计可减小系统体积，有利于缩小安装空间；另外，将过去的圆形光束改为方形光束，可最大限度地利用组合式片状放大器的通光面积，有利于提高系统能量转换效率。“多程放大技术”指激光脉冲在系统中多次通过激光放大介质，从而更加有效地提高放大器储能的抽取效率。理论与实验研究结果均表明对于相同的输出通量，多程放大系统与传统的主振荡加助推放大(Master Oscillator andPower Amplifier, ΜΟΡΑ)系统相比，可有效降低前级驱动脉冲能量，从而减小驱动级规模，降低装置造价。目前，高功率激光装置采用的多程放大构型主要有两种: (I).类国家点火装置(Nat1nal Ignit1n Facility, NIF)的四程放大构型:即美国劳伦斯利弗摩尔实验室设计并应用于NIF的四程放大构型，见美国文献《美国国家点火装置激光性能状态》(Appl.0pt., vol.46，p.3278，2007)。其基本特点是利用一对腔镜构成放大腔实现激光脉冲的四程放大，并利用与钕玻璃片正交的偏振片实现系统内部隔离，利用大口径电光开关控制激光偏振态实现高能脉冲的有效提取。 (2).类兆焦耳激光装置(Laser M6gajoules，LMJ)的四程放大构型:即法国里梅尔实验室设计并应用于LMJ的四程放大构型，见文献《Mir0:用于计算高功率激光系统脉冲放大和传输的完整模型和软件》(Opt.Eng.，vol.42，p.1538，2003)。其基本特点是利用一个大口径腔镜和L型(L-turn)小口径光束反转器(Beam Reverser, BR)构成多程传输腔，实现激光脉冲的四程放大；并基于大口径或小口径电光开关实现系统内部隔离。 分析两种构型可知:首先，类LMJ构型在结构上可用小口径电光开关代替技术复杂且损耗较高的大口径等离子体电极电光开关；其次，类LMJ构型使系统具有更好的增益特性，即对于相同的系统输出能量，类LMJ构型所需的注入脉冲能量较类NIF构型小约10倍；或保持输入能量不变，可减少主放大级的片数，这两种选择都能降低系统造价。究其原因在于，类LMJ构型对相同的钕玻璃片数，其有效片数大于类NIF构型。 在综合分析、比较类NIF构型和类LMJ构型的基础上，结合物理实验要求及国内相关研究工作基础，本专利技术提出了一种多功能光束反转器。采用后可规避大口径电光开关与偏振片的使用；同时通过总体构型的优化，可降低系统损耗。
技术实现思路
为有效解决高功率激光装置四程放大的系统隔离与脉冲输出问题，本专利技术提供了一种多功能光束反转器。 本专利技术的多功能光束反转器，包括反射镜I和反射镜I1、透镜II1、电光开关、反射镜II1、反射镜IV、反射镜V、透镜IV、反射镜VI和反射镜νπ;激光器发出的激光束通过反射镜I和反射镜II进入透镜III转化为平行光，从而使主放内的大口径光束转化为中等口径光束，便于在多功能光束反转器内传输；平行光束经过对主激光脉冲起导通作用并对自激振荡和反激光隔离的电光开关后进入反射镜II1、反射镜IV和发射镜V组成的90°转角体；90°转角体对平行光束的近场和偏振态进行90°旋转；然后平行光束经透镜IV进行汇聚，再依次经反射镜VI和反射镜νπ导出。 本专利技术的多功能光束反转器中的透镜III和透镜IV与主放内的透镜I及空间滤波器小孔阵列组成两级空间滤波器，起到像传递和控制装置光束质量的作用。 本专利技术的多功能光束反转器中组成90°转角体的反射镜II1、反射镜IV和发射镜V在离线状态下进行精密调整，调节完毕后锁定，现场仅进行整体姿态调节；装配时需保证入射光束和出射光束平行。 本专利技术的多功能光束反转器采用了“外置式U型光路+转角体”结构，与法国LMJ所采用的L型光束反转器明显不同，其最大特点是光束通过反转器后将旋转90°，包括偏振面。 在现有的多程放大构型中，由于片状放大器组合式结构的限制，呈布儒斯特角安装的钕玻璃片其透射光偏振方向为水平，即仅允许水平偏振的脉冲传输放大。在本专利技术中，光束经反转器后旋转90° ,意味着在静态条件下，即电光开关不工作时，一、二程传输放大的激光脉冲经反转器后其偏振态变为垂直，在三、四程传输放大中将偏出主光路。即由于插入光束反转器，一、二程光路的偏振态将与三、四程正交，从而起到系统级间隔离的作用。因此，采用本专利技术的多功能光束反转器后激光装置实现系统级间隔离主要靠一、二程与三、四程钕玻璃片的等效“相互正交”效应，而NIF与LMJ的系统级间隔离主要靠钕玻璃片与大口径偏振片的正交。 在本专利技术中，光束反转器内等离子体电极电光开光的主要功能是脉冲偏振态控制，即将一、二程水平偏振的激光脉冲旋转90°变成垂直偏振；再经90°转角体回转为水平偏振，实现激光脉冲全系统的传输放大。上述特点既满足了系统级间隔离的基本要求，同时由于脉冲单次传输通过小口径电光开关且不用偏振片，故大幅降低了反转器引入的静态损耗，提高了系统静态透过率，改善了系统的能量输出特性。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术的多功能光束反转器的应用例的光路图；图2为本专利技术的多功能光束反转器的光路图；图中:101.光脉冲产生系统102.预放大器103.空间滤波器小孔阵列104.透镜 I105.腔内放大器106.腔镜107.多功能光束反转器108.透镜II 109.助推放大器110.空间滤波器111.靶场201.反射镜I 202.反射镜II 203.透镜III 204.电光开关205.反射镜III 206.反射镜IV 207.反射镜V 208.透镜IV 209.反射镜VI 210.反射镜νπ。 【具体实施方式】 图2为本专利技术的多功能光束反转器的光路图，如图2所示，本专利技术的多功能光束反转器，包括反射镜I 201和反射镜II 202、透镜III 203、电光开关204、反射镜III 205、反射镜IV 206、反射镜V 207、透镜IV 208、反射镜VI 209本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能光束反转器，其特征在于：所述的多功能光束反转器包括反射镜Ⅰ（201）和反射镜Ⅱ（202）、透镜Ⅲ（203）、电光开关（204）、反射镜Ⅲ（205）、反射镜Ⅳ（206）、反射镜Ⅴ（207）、透镜Ⅳ（208）、反射镜Ⅵ（209）和反射镜Ⅶ（210）；激光器发出的激光束通过反射镜Ⅰ（201）和反射镜Ⅱ（202）进入透镜Ⅲ（203）转化为平行光，从而使主放内的大口径光束转化为中等口径光束，便于在多功能光束反转器内传输；平行光束经过对主激光脉冲起导通作用并对自激振荡和反激光隔离的电光开关（204）后进入反射镜Ⅲ（205）、反射镜Ⅳ（206）和发射镜Ⅴ（207）组成的90°转角体；90°转角体对平行光束的近场和偏振态进行90°旋转；然后平行光束经透镜Ⅳ（208）进行汇聚，再依次经反射镜Ⅵ（209）和反射镜Ⅶ（210）导出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张小民，魏晓峰，郑万国，景峰，朱启华，胡东霞，彭志涛，张锐，粟敬钦，郑奎兴，王逍，刘红婕，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川;51