一种环形激光限制等离子体尺寸的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种环形激光限制等离子体尺寸的装置，包括泵浦激光器、泵浦光整形光学器件、光束收集光学器件和气室。泵浦激光器出射的激光由泵浦光整形光学器件整形为环形光束，随后经过光束收集光学器件汇聚至气室中央，维持气室中央的等离子体并限制等离子体的尺寸。本发明专利技术将泵浦激光整形为环形激光光束，设计并利用环形激光光束汇聚点附近的低功率密度区域抑制了等离子体沿泵浦激光入射方向的生长，减小了等离子体的尺寸和长宽比。减小了等离子体的尺寸和长宽比。减小了等离子体的尺寸和长宽比。

【技术实现步骤摘要】
一种环形激光限制等离子体尺寸的装置


[0001]本专利技术涉及一种环形激光限制等离子体尺寸装置的实现方式。

技术介绍

[0002]目前在显微成像领域内，提升照明光源的亮度可使系统的灵敏度进一步提升，因而目前对于高亮度光源的需求持续增长。
[0003]激光维持等离子体光源是一类高亮度光源，其实现方式是将激光聚焦在高压气体中由电激励等方式预先产生的等离子体处，随后由激光在汇聚点处维持具有一定尺寸的等离子体，收集该等离子体的辐射即可投入应用。亮度的定义为单位面积单位立体角内单位波长的发射光功率，因此等离子体辐射光功率总量及等离子体的尺寸是影响激光维持等离子体光源亮度的重要因素。
[0004]目前的激光维持等离子光源中，通常使用高斯光束作为泵浦激光光束维持等离子体。可通过增加泵浦激光功率增加等离子体辐射的总功率，但单纯增加泵浦激光功率会导致激光光束截面内功率密度的等比例提升，使得更多的区域内激光功率密度满足维持等离子体的要求。因此增加高斯光束功率会使得等离子体沿着激光入射方向生长，等离子体尺寸及长宽比显著提升，使得等离子亮度在高泵浦激光功率下饱和甚至下降。因此，有必要采取措施，在增加泵浦激光功率的同时抑制等离子体尺寸及长宽比的增长。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种环形激光限制等离子体尺寸的装置的实现方式。引入泵浦光整形光学器件将泵浦激光整形为环形光束，利设计并利用环形激光光束汇聚点附近的低功率密度区域抑制了等离子体沿泵浦激光入射方向的生长，减小了等离子体的尺寸和长宽比。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]1.一种环形激光限制等离子体尺寸的装置，其包括：
[0008]泵浦激光器，经其配置以产生泵浦激光光束；
[0009]气室；
[0010]泵浦光整形光学器件，经其配置以将所述泵浦激光光束整形为环形激光光束；
[0011]光束收集光学器件，经其配置以将所述环形激光光束聚焦于所述气室中央，维持气室中央的等离子体并限制等离子体的尺寸。
[0012]2.如权利要求1所述的环形激光限制等离子体尺寸的装置，其特征在于，所述泵浦光整形光学器件包括共轴放置的两个锥透镜，用于将泵浦激光整形为环形激光光束。整形后环形激光光束存在空心区域，环形激光光束由泵浦光整形光学器件传输到光束收集光学器件的过程中，光束外轮廓直径与空心区域直径的比值保持不变。
[0013]3.如权利要求1所述的环形激光限制等离子体尺寸的装置，其特征在于，所述光束收集光学器件用于将环形激光光束汇聚于所述气室中央以维持等离子体并限制等离子体
的尺寸，所述光束收集光学器件可使汇聚的环形激光光束对应的F数小于1。由于等离子体区域的折射率分布，仅有F数小于临界值的光线可以传输到等离子体中央。F数大于临界值的光线将无法传输到等离子体中央，使得环形光束汇聚点附近存在低功率密度区域。低功率密度抑制了等离子体沿泵浦激光入射方向的生长，减小了等离子体尺寸及长宽比。
[0014]4.一种限制等离子尺寸的方法，其包括：
[0015]通过包含锥透镜的泵浦光整形光学器件将泵浦激光光束整形为环形激光光束；
[0016]通过光束收集光学器件将环形激光光束汇聚至气室中央，实现激光维持等离子体并限制等离子体的尺寸，环形激光光束汇聚点附近存在低功率密度区域，抑制了等离子体沿泵浦激光入射方向的生长。
[0017]通过设计泵浦光整形光学器件及光束收集光学器件参数，设计环形激光光束在气室中央汇聚点处F数以及环形激光光束在汇聚点附近的功率密度分布，设计并限制等离子体尺寸及长宽比。
[0018]本专利技术的技术效果：
[0019]本专利技术提供一种环形激光限制等离子体尺寸的装置，包括泵浦激光器、泵浦光整形光学器件、光束收集光学器件和气室。泵浦激光器出射激光由泵浦光整形光学元件整形为环形光束，随后经过光束收集光学器件汇聚至气室中央，维持气室中央的等离子体并限制等离子体的尺寸。
[0020]本专利技术引入泵浦光整形光学器件将泵浦激光整形为环形激光光束，设计泵浦光整形光学器件及光束收集光学器件参数，设计环形激光光束在气室中央汇聚点处F数以及环形激光光束在汇聚点附近的功率密度分布，设计并限制等离子体尺寸及长宽比。
[0021]本专利技术相对于现有技术优势在于：
[0022]1.将泵浦激光整形为环形激光光束，利用环形激光光束汇聚点附近的低功率密度区域抑制等离子体沿激光入射方向的生长，减小等离子体的尺寸及长宽比。
[0023]2.引入的泵浦光整形光学器件为泵浦激光汇聚点处几何参数的设计提供了自由度。可基于泵浦光整形光学器件参数设计整形后环形激光光束在气室中央汇聚点处F数以及环形激光光束在汇聚点附近的功率密度分布，设计并限制等离子体尺寸及长宽比。
附图说明
[0024]图1是本专利技术一种环形激光限制等离子体尺寸的装置的结构图；
[0025]图2是本专利技术引入泵浦光整形光学器件前泵浦激光光束截面功率密度分布示意图；
[0026]图3是本专利技术引入泵浦光整形光学器件整形后环形激光光束截面功率密度分布示意图；
[0027]图4是本专利技术环形光束汇聚点处激光传输路径及功率密度分布示意图；
[0028]图5是本专利技术中等离子体尺寸的测试结果；
[0029]附图标记列示如下：1
‑
泵浦激光器；2
‑
泵浦光整形光学器件；3
‑
光束收集光学器件；4
‑
气室；5
‑
等离子体；101
‑
锥透镜；102
‑
锥透镜。
具体实施方式
[0030]下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术。
[0031]如图1所示，是本专利技术的一种环形激光限制等离子体尺寸的装置的结构图。其基本结构包括泵浦激光器1、泵浦光整形光学器件2、光束收集光学器件3、气室4。所述泵浦光整形光学器件包含锥透镜101、锥透镜102，用于将泵浦激光器1输出的泵浦激光光束整形为环形激光光束。所述光束收集光学器件3用于将泵浦光整形光学器件整形得到的环形激光光束聚焦在气室4中心，维持等离子体5并限制等离子体5的尺寸。
[0032]如图2所示，引入泵浦光整形光学器件前，泵浦激光光束中心功率密度较高，边缘功率密度较低。若直接将该泵浦激光光束聚焦至气室中央，汇聚点附近激光光束将保持中心功率密度较高，边缘功率密度较低。随着泵浦激光功率的增长，将在更大范围满足激光功率密度大于激光维持等离子体阈值，造成等离子体沿激光入射方向生长。这将使等离子体尺寸及长宽比增加，导致激光维持等离子体光源亮度下降。如图3所示，本专利技术引入泵浦光整形光学器件整形后泵浦激光光束被整形为环形激光光束，环形激光光束存在空心区域。在环形激光光束传输的过程中，光束外轮廓直径与空心区域直径比值保持不变。
[0033]如图4所示，将环形激光光束聚焦至气室中央，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环形激光限制等离子体尺寸的装置，其包括：泵浦激光器，经其配置以产生泵浦激光光束；气室；泵浦光整形光学器件，经其配置以将所述泵浦激光光束整形为环形激光光束；光束收集光学器件，经其配置以将所述环形激光光束聚焦于所述气室中央，维持气室中央的等离子体并限制等离子体的尺寸。2.如权利要求1所述的环形激光限制等离子体尺寸的装置，其特征在于，所述泵浦光整形光学器件包括共轴放置的两个锥透镜，用于将泵浦激光整形为环形激光光束。整形后环形激光光束存在空心区域，环形激光光束由泵浦光整形光学器件传输到光束收集光学器件的过程中，光束外轮廓直径与空心区域直径的比值保持不变。3.如权利要求1所述的环形激光限制等离子体尺寸的装置，其特征在于，所述光束收集光学器件用于将环形激光光束汇聚于所述气室中央以维持等离子体并限制等离子体的尺寸，所述光束收集光学器件可...

【专利技术属性】
技术研发人员：余霞，杨世超，师肇江，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：