一种多程激光放大器中热退偏完全补偿装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多程激光放大器中热退偏完全补偿装置及其使用方法，属于高功率固体激光器技术领域，装置包括主光路和侧光路，沿着激光注入方向，所述主光路为直线式结构，其依次包括偏振片、1/4波片、电光开关、第一成像系统、第一旋光器、激光放大头、第二旋光器、第二成像系统和第一全反镜，所述侧光路由第二全反镜构成，由第二全反镜反射的激光经偏振片再次注入主光路中，本发明专利技术在激光放大程数可控的前提下，采用单个激光放大头配合两个旋光器，利用严格像传递的方法，实现热退偏的完全补偿，提高了激光放大器输出能力和近场光斑质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高功率固体激光器
，具体地说涉及一种多程激光放大器中热退偏完全补偿装置及其使用方法。
技术介绍
近年来，高功率固体激光器技术得到了迅速发展，各种大规模的固体激光器相继诞生，比如美国NIF和Nova、中国的神光II和神光III等。在这类大型固体激光器装置中，多程激光放大器扮演着非常重要的角色，直接决定了整个装置的输出能力。尽管在这几十年里，激光放大器取得了很多重大突破，但热管理问题一直是限制激光放大器发展的瓶颈，尤其是热致双折射导致的热退偏使得输出激光的光束质量出现严重恶化，输出能力受到极大限制，而且容易使光学元件出现永久损伤。目前常用的热退偏补偿方法有：双电光调Q晶体补偿激光介质的热退偏、双激光头加90°转子等。这两种补偿方式能完全补偿热退偏，但第一种方法需要两个光电开关具有相同的响应，第二种方法要求两个激光头具有相同的热退偏，两种方法对各元器件的要求较高，增加了整个系统的成本，同时增加系统调试难度。名称为消除激光放大器中热退偏效应的装置(公布号为CN102545009A)公开了将2个旋光器结合消除激光放大器中工作介质热退偏效应，虽然经反射镜反射的激光偏振态旋转了90°，由于激光存在衍射现象，激光经激光放大器出射的出射点与反射镜反射激光在激光放大器的入射点不能完全重合，因此，不能完全补偿热退偏。
技术实现思路
针对现有技术的种种不足，专利技术人在长期实践中发现：单个激光放大头配合两个旋光器，同时，采用2个成像系统，使得激光放大头内增益介质的任意截面经过像传递和全反镜回到原来的位置，保证了热退偏的完全补偿。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种多程激光放大器中热退偏完全补偿装置，包括主光路和侧光路，沿着激光注入方向，所述主光路为直线式结构，其依次包括偏振片、1/4波片、电光开关、第一成像系统、第一旋光器、激光放大头、第二旋光器、第二成像系统和第一全反镜，所述侧光路由第二全反镜构成，由第二全反镜反射的激光经偏振片再次注入主光路中。进一步，所述第一成像系统由第一透镜和第二透镜组成，第二全反镜与激光放大头的中心位置通过第一成像系统相互成像。进一步，所述第二成像系统由第三透镜和第四透镜组成，第一全反镜与激光放大头的中心位置通过第二成像系统相互成像。进一步，所述第一旋光器、第二旋光器均为法拉第旋光器，且两者对激光偏振态进行同向旋转。进一步，所述第一旋光器、第二旋光器均为法拉第旋光器，且两者对激光偏振态进行异向旋转。进一步，所述第一旋光器、第二旋光器对激光偏振态的旋转角度均为45°。进一步，所述电光开关的工作电压为激光波长对应的1/4波电压。进一步，所述1/4波片的光轴与激光注入方向的夹角为45°。另，本专利技术还提供一种多程激光放大器中热退偏完全补偿装置的使用方法，包括如下步骤：(1)在电光开关未施加工作电压的前提下，激光沿着主光路完成双程放大后，激光经偏振片注入侧光路；(2)对电光开关施加工作电压，经侧光路返回的激光经过偏振片后再次注入主光路中，完成四程放大；(3)重复步骤(2)，直至激光完成n-2程放大；(4)取消电光开关上施加的工作电压，经侧光路返回的激光经过偏振片后再次注入主光路中，完成n程放大的激光透射过偏振片并输出，在激光放大过程中，激光放大头产生的热退偏经第二旋光器进行补偿，第二旋光器对激光偏振态的改变经第一旋光器进行补偿。进一步，所述电光开关的工作电压为激光波长对应的1/4波电压。本专利技术的有益效果是：1、采用单个激光放大头配合两个旋光器的构型，极大的降低了成本，结构简单，同时，采用第一成像系统配合第二成像系统，使得激光放大头内增益介质的任意截面经过像传递和全反镜回到原来的位置，实现热退偏的完全补偿。2、通过调节电光开关与激光的同步时序，可控制激光放大程数，使得激光放大器的输出能力更加灵活。3、第一成像系统配合第二成像系统，利用严格像传递的方法，有助于改善激光放大器输出的近场光斑质量。附图说明图1是本专利技术的俯视结构示意图；图2(a)是实施例二中热退偏补偿前的近场光斑图；(b)是实施例二中热退偏补偿后的近场光斑图。附图中：1—偏振片、2—1/4波片、3—电光开关、4—第一透镜、5—第二透镜、6—第一旋光器、7—激光放大头、8—第二旋光器、9—第三透镜、10—第四透镜、11—第一全反镜、12—第二全反镜；位于偏振片1处平行于光路的箭头表示激光的注入和输出方向。具体实施方式为了使本领域的人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。实施例一：如图1所示，一种多程激光放大器中热退偏完全补偿装置，包括平行于激光注入方向的主光路和与激光注入方向成一定角度的侧光路。其中，沿着激光注入方向，所述主光路包括直线式设置的偏振片1、1/4波片2、电光开关3、第一成像系统、第一旋光器6、激光放大头7、第二旋光器8、第二成像系统和第一全反镜11，第二旋光器8用于补偿激光放大头7的热退偏，第一旋光器6用于补偿第二旋光器8对偏振态的改变，所述侧光路由第二全反镜12构成，由第二全反镜12反射的激光经偏振片1再次注入主光路中。所述第一成像系统由第一透镜4和第二透镜5组成，第一透镜4和第二透镜5的焦距均为f，且两者间距为2f，激光放大头7的中心位置与第二透镜5的距离为f，第二全反镜12与第一透镜4的距离为f，保证第二全反镜12与激光放大头7的中心位置相互成像，所述第二成像系统由第三透镜9和第四透镜10组成，第三透镜9和第四透镜10的焦距均为f，且两者间距为2f，激光放大头7的中心位置与第三透镜9的距离为f，第一全反镜11与第四透镜10的距离为f，保证第一全反镜11与激光放大头7的中心位置相互成像。利用严格像传递的方法，使得激光放大头7的任意截面经过像传递、第一全反镜11、第二全反镜12回到原来的位置。激光放大头7处于非工作状态时，所述多程激光放大器的工作过程如下：激光的偏转态为水平偏振，依次经过1/4波片2、电光开关3、第一成像系统、第一旋转器6、激光放大头7、第二旋转器8、第二成像系统和第一全反镜11按原光路反射回来，第二次经过1/4波片2后变成垂直偏振光，并入射到偏振片1上，激光完成双程放大，此时，激光偏振态为垂直偏振。在上述过程中，激光第二次经过电光开关3前，对电光开关3未施加工作电压，对激光不引入相位变化，在激光第二次经过电光开关3后，对电光开关3施加工作电压，工作电压为激光波长对应的1/4波电压，完成双程放大的激光经过偏振片1反射到第二全反镜12上，再反射回主光路中，从侧路反射回来的激光再次经过电光开关3时，电光开关3上施加的工作电压已达到稳定状态，激光开始第三、四程放大，由于电光开关3已经加电，相当于1/4波片2的效果，因此，激光在完成四程放大后，其仍为垂直偏振光，激光继续完成第五、六程…第n-2程放大，取消电光开关3上施加的工作电压，激光完成n程放大的激光为水平偏振光，此时，水平偏振光透射过偏振片1并输出。激光放大头7处于工作状态时，以钕玻璃作为增益介质为例，增益介质采用8mm×8mm的方形棒，激光放大头7采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多程激光放大器中热退偏完全补偿装置，其特征在于，包括主光路和侧光路，沿着激光注入方向，所述主光路为直线式结构，其依次包括偏振片、1/4波片、电光开关、第一成像系统、第一旋光器、激光放大头、第二旋光器、第二成像系统和第一全反镜，所述侧光路由第二全反镜构成，由第二全反镜反射的激光经偏振片再次注入主光路中。

【技术特征摘要】
1.一种多程激光放大器中热退偏完全补偿装置，其特征在于，包括主光路和侧光路，沿着激光注入方向，所述主光路为直线式结构，其依次包括偏振片、1/4波片、电光开关、第一成像系统、第一旋光器、激光放大头、第二旋光器、第二成像系统和第一全反镜，所述侧光路由第二全反镜构成，由第二全反镜反射的激光经偏振片再次注入主光路中。2.根据权利要求1所述的一种多程激光放大器中热退偏完全补偿装置，其特征在于：所述第一成像系统由第一透镜和第二透镜组成，第二全反镜与激光放大头的中心位置通过第一成像系统相互成像。3.根据权利要求1所述的一种多程激光放大器中热退偏完全补偿装置，其特征在于：所述第二成像系统由第三透镜和第四透镜组成，第一全反镜与激光放大头的中心位置通过第二成像系统相互成像。4.根据权利要求1所述的一种多程激光放大器中热退偏完全补偿装置，其特征在于：所述第一旋光器、第二旋光器均为法拉第旋光器，且两者对激光偏振态进行同向旋转。5.根据权利要求1所述的一种多程激光放大器中热退偏完全补偿装置，其特征在于：所述第一旋光器、第二旋光器均为法拉第旋光器，且两者对激光偏振态进行异向旋转。6.根据权利要求4或5所述的一种多程激光放大器中热退偏完全补偿装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚轲，高松，唐军，谢旭东，范琛，陈林，陈远斌，薛峤，刘勇，刘建国，卢振华，王琳，宗兆玉，田小程，党钊，代万俊，郑奎兴，
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