一种简化的U型光束反转器制造技术

本发明专利技术提供了一种简化的U型光束反转器，包括：主光路中的激光束聚焦后通过滤波小孔阵列板进入光束反转器中，通过透镜将光束准直转化为中等口径的平行光进行传输；平行光经过包含有两个相互正交反射镜面的直角反射镜，两个正交反射镜面的拼接线与光束偏振方向成45

A simplified U-shaped beam reverser

【技术实现步骤摘要】
一种简化的U型光束反转器


[0001]本专利技术涉及高功率激光
，具体涉及一种离轴多程激光放大系统的简化U型光束反转器。

技术介绍

[0002]光束反转器（Beam reverser）通常用于离轴多程放大激光装置中。多程放大技术使激光脉冲多次经过激光放大介质，可有效提高主放大器储能的提取效率，有利于减小前级驱动的输出能量以及相应的装置规模和造价，而离轴设计使得远场聚焦点分离，每个滤波小孔处只有一次光通过，有助于避免寄生腔产生放大的受激辐射（Amplified Spontaneous Emission, ASE）和强激光辐照在滤波小孔上烧蚀离化产生的等离子体堵孔效应阻碍下一次光束的穿过。光束反转器可将激光装置中结构复杂且昂贵易损的大尺寸等离子体电极电光开关（泡克尔斯盒）和偏振晶体替换为小尺寸的电光开关，相比全尺寸的电光开关在成本、运行性能和缩短光路减小装置规模上都具明显优势。有助于实现惯性约束聚变的激光装置和用于基础物理研究的PW级超强激光装置。
[0003]目前常用的光束反转器根据结构可分为U型（U
‑
turn）和L型（L
‑
turn）。U型反转器是在1992年由美国的利佛莫尔国家实验提出，其原理是将第二程放大后的光束由一对反射镜或者楔形镜从远场附近位置引出并经透镜准直，准直后的光束再被三块呈角锥面分布的反射镜群折返回，再通过透镜聚焦之后，由另一对反射镜或楔形镜再导入主光路中，实现光束的反转。光束反转器的光路中还放置有偏振片和小尺寸泡克尔斯盒，用于阻止寄生腔的放大受激辐射和透镜表面产生的反向反射光。U型光束反转器的特点是输出波面相比输入波面有90度的旋转，有利于将片状放大器的热畸变带来的“柱面”波前像差（即像散）变为容易修正的“球面”波前像差（即离差）。采用U型结构的有中国的SGIII及其整体技术实验验证光路（Technical integration experiment line, TIL）和美国的NIF等。L型反转器则是由法国的CEL
‑
V提出，其特点是光束在反转器中输入输出时共用了反射镜、偏振片、泡克尔斯盒和透镜等光学器件，因此总体使用的光学器件数量少，波面不发生旋转，但由于光束两次经过泡克尔斯盒，光束透过率大为下降，导致系统损耗相对较大。采用L型结构的有法国的Laser Megajoule (LMJ)和它的原型验证装置Laser Integration Line (LIL)等。
[0004]在综合分析和比较各种反转器构型的基础上，本专利技术提出了一种简化的U型光束反转器，在保证各项功能的情况下，将反转器结构进行了大幅度的简化。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种结构极为简单的U型光束反转器。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下：本专利技术提供了一种简化的U型光束反转器，核心为包含两个正交反射镜面的直角反射镜，相比U型光束反转器中利用三块呈角锥面分布的反射镜更为简单明了。由于核心器件结构简单，可直接放置在小孔阵列板后面约3、4 m的一段距离内完成光束的返回和波面反转，而无需使用两对反射镜或
楔形镜来引导光束进出主光路，同时这种光路布置不影响小孔阵列板另外两个小孔对应光路的光束传输，从而使得本专利技术整体结构极为简单，成本更低且装配上更容易。对于需要进行光束检测的，可以将直角反射镜的一个反射面的反射率降低，即可直接引出检测用的光束。
[0007]本专利技术结构如图1所示。图1左侧为滤波光阑阵列板101，滤波小孔分别设为1至4号，对应着激光束经过该阵列板的顺序。图1右侧的两个反射镜面103和104相互垂直，构成一个类似于直角三棱镜的直角反射镜（right
‑
angle mirror），两个反射镜面拼接在一起的位置称为直角反射镜的拼接线（即图1中直角反射镜上的OO'轴），类似于直角三棱镜的直角棱边。当平行光束入射直角反射镜时，镜面103的入射波面和镜面104的输出波面是关于拼接线OO'对称的。如图2(a)所示，当拼接线平行于y轴时（即OO'轴平行于小孔板101上孔1和孔2的连线方向），直角反射镜的入射和输出波面将发生左右反转，光束偏振态保持在水平方向，这种偏转情况类似于L型光束反转器；当将直角反射镜沿z轴在x
‑
y平面内转动45
°
，使拼接线与y轴成45
°
夹角时（即OO'轴平行于小孔板101上孔1和孔4的连线方向），直角反射镜的入射和输出波面将发生90
°
的对称反转，输出光束的偏振态将转为竖直方向。
[0008]水平偏振（图1中的x方向）的预放输出光经小孔板101上的小孔1注入主放腔，经过两程能量放大后由小孔2滤波并进入光束反转器中。当光束进入反转器时首先由透镜102进行准直，准直后的光束入射45
°
斜置的直角反射镜，经反射镜面103和104反射后输出，由于直角反射镜的拼接线与y轴成45
°
夹角，此时光束的近场波面和偏振方向均发生90度旋转（如图1中的矩形虚框内，双向箭头代表光束偏振方向，字母“F”代表波面）。经过泡克尔斯盒105时，光束的偏振方向再次转动90度，回到水平偏振状态以保证光束以布鲁斯特角入射能量放大片时偏振动方向在入射面内。平行光束通过透镜106聚焦后穿过小孔3滤波并再次进入主放腔，从而完成了光束的反转，随后光束在主光路中进行第三、四程能量放大后，再通过小孔4滤波并输出至终端光学组件。透镜102和透镜106与在小孔阵列板101前面的主光路中的聚焦透镜分别形成4F系统，满足像传递条件，而透镜102和透镜106本身也相互满足4F系统条件，小孔板101位置即为该4F系统的输入和输出面。此外，反射镜面104的透射率可适当降低，以引出小部分光束能量进入检测系统，以检测中段光路的光束质量。
附图说明
[0009]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0010]图1是本专利技术中U型波面反转器的结构设计图；图中：101. 滤波小孔阵列板 102. 准直透镜 103. 直角反射镜的第一反射面（反射平面的具体形状要根据光路来确定，以不阻挡其它小孔对应的光路为准） 104. 直角反射镜的第二反射面（反射平面的具体形状要根据光路来确定，以不阻挡其它小孔对应的光路为准） 105. 泡克尔斯盒电光开关 106. 聚焦透镜。
[0011]图2是本专利技术中当直角反射镜的镜面拼接线OO' (a)平行于y轴或(b)与y轴成45
°
夹角时，直角反射镜对波面的反转效果图。
具体实施方式
[0012]为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种简化的U型光束反转器，其特征在于：所述的简化U型光束反转器包括准直透镜（102）、直角反射镜的第一反射镜面（103）和第二反射镜面（104）、电光开关（105）和聚焦透镜（106）。2.根据权利要求1所述的简化U型光束反转器，其特征在于：所述直角反射镜的两个反射镜面（103）和（104）相互垂直，两个正交反射镜面的拼接线与光束偏振方向具有45
°
夹角，以实现光束近场波面和偏振态的90
°
对称旋转。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊晗，陈静，郑金湖，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：