本发明专利技术公开了一种高功率连续波氟化氘/氟化氢化学激光器，该激光器包括主振荡器和位于主振荡器后的2N+1个放大级，N为非负整数，主振荡器主要由非稳腔镜和增益模块构成，放大级的第1级与主振荡器间的光路上和/或任意相邻的两个放大级之间的光路上至少设有一个光束翻转装置。本发明专利技术的化学激光器能够校正光束传输方向偏转，具有光强均匀化能力和杂光抑制能力，能够输出高质量的激光光束。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光
，尤其涉及一种氟化氘/氟化氢化学激光器。
技术介绍
氟化氘/氟化氢激光器是目前连续波输出功率最大的高能激光器件，具有重要的应用价值。为进一步拓展氟化氘/氟化氢激光器的应用范围，氟化氘/氟化氢激光器的输出功率水平需要取得进一步的提升。使氟化氘/氟化氢激光器功率水平提升有两种技术途径，其一是沿用以往的单谐振腔方案，仅增加增益模块的数量，但这种方式使得腔镜上的功率负载太大，激光运行中腔镜发生热损伤的风险很大，因此使用单谐振腔方案仅能在一定的功率水平之下才有实际应用价值；另一方法就是使用主振荡-功率放大(MOPA)技术方案，以一个具有高输出光束质量、较低功率水平的氟化氘/氟化氢激光器作为种子源，采用多个放大级来进行功率放大，如图1所示。这种方法可保持一定的输出光束质量，同时腔镜上的功率负载较低，镜面热损伤的风险较低，因此MOPA方案是高功率连续波氟化氘/氟化氢激光器的优选方案。然而，实验发现，现有的使用MOPA方案的高功率连续波氟化氘/氟化氢激光器存在以下三个问题，导致激光器输出光束质量较低。其一是由于氟化氘/氟化氢激光器的增益介质沿流场方向的分布是非均勻的，因此输出光强分布不均勻。在高输出功率水平下，非均勻的光强分布将使镜面产生较大的高阶像差，这些高阶像差不能被自适应光学系统得到有效补偿，导致输出光束质量下降。二是由于输出光强分布存在上游强、下游弱的特点，高功率密度的非均勻光斑辐照在镜面上将产生较大的倾斜像差，使激光束传输方向偏离设计值，由于放大级长度较长， 微弱的倾斜量将导致光束经过长距离传输时，部分光束辐照在下一面反射镜的镜架上，引起的镜架热变形也会使镜片进一步产生大角度的失调。三是放大级长度达到数米左右，且主振荡级输出的光束为中空光束，因此放大的自发辐射(ASE)效应显著，经过多个放大级后，光束中产生了较强的杂光，这些强烈的杂光将造成激光器热管理的困难，杂光对镜架具有加热效应，引起的镜架热变形也会使镜片产生大角度的失调，使光束传输方向严重偏离设计值，甚至超过自适应光学系统的校正范围， 最终造成输出光束质量的下降。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够校正光束传输方向偏转、具有光强均勻化能力和杂光抑制能力的、高输出光束质量的高功率连续波氟化氘/ 氟化氢化学激光器。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为一种高功率连续波氟化氘/氟化氢化学激光器，所述激光器包括主振荡器和位于主振荡器后的2N+1个放大级，N为非负整数；所述主振荡器主要由非稳腔镜和增益模块构成，所述放大级的第1级与所述主振荡器间的光路上和/或任意相邻的两个放大级之间的光路上至少设有一个光束翻转装置。上述的高功率连续波氟化氘/氟化氢化学激光器中，设于任意相邻的两个放大级之间的光束翻转装置优选包括转向平面反射镜、输入平面反射镜和输出平面反射镜，所述转向平面反射镜、输入平面反射镜和输出平面反射镜依次布设在前一放大级输出光束的光路上，经过输出平面反射镜输出后进入相邻的后一放大级。设于所述放大级的第1级与所述主振荡器间的光路上的光束翻转装置(即位于最前方的光束翻转装置)优选包括输入平面反射镜和输出平面反射镜，所述输入平面反射镜和输出平面反射镜依次布设在所述主振荡器输出光束的光路上；此时所述的转向平面反射镜直接由所述非稳腔镜中的相应输出耦合^1充当。上述的高功率连续波氟化氘/氟化氢化学激光器中，所述输入平面反射镜的中心优选开设有杂光导出孔阑。上述的高功率连续波氟化氘/氟化氢化学激光器中，所述转向平面反射镜的前方对应优选装设有红外光斑监测装置，所述输出平面反射镜安装在可接收红外光斑监测装置所发出的调节信号的调节镜架上。所述红外光斑监测装置可以实时监测转向平面反射镜上光斑的偏移位置，并根据光斑偏移位置计算出光束偏转角度，并将角度调节信号传递给 (电控的)调节镜架以校正光束传输方向的偏转。上述的各高功率连续波氟化氘/氟化氢化学激光器中，所述非稳腔镜优选包括凹面反射镜、输出耦合镜和凸面反射镜，所述增益模块置于所述凹面反射镜和凸面反射镜之间，所述输出耦合镜置于所述增益模块和凸面反射镜之间并靠近凸面反射镜；所述增益模块的增益区中心与所述非稳腔镜的光轴重合。上述的各高功率连续波氟化氘/氟化氢化学激光器中，作为进一步的改进和优化，所述任意相邻的两个放大级之间至少设有一个光束翻转装置优选是指在所述放大级的第2M级与所述放大级的第2M+1级之间的光路上至少设有一个光束翻转装置，其中M = 1、 2、3、......、N。上述的各高功率连续波氟化氘/氟化氢化学激光器中，所述各放大级中均包括有增益模块，所述各增益模块的流场方向均相同；所述放大级的第1级与所述主振荡器间的光路上、所述放大级的第2M级与所述放大级的第2M+1级之间的光路上均设有一个光束翻转装置(即共设有N+1个光束翻转装置)；其中，部分的放大级沿流场方向相对所述非稳腔镜光轴偏移适当距离，以便光路前方紧邻的光束翻转装置输出的光束能够平行于光轴入射到偏移后的放大级中。所述各放大级还可沿垂直于流场方向平移适当距离，以便在相应的放大级之间放置所述的光束翻转装置。上述的高功率连续波氟化氘/氟化氢化学激光器中，所述主振荡器输出的光束优选为中空光束，所述中空光束的两条边缘光线分别通过所述增益模块的流场上游与流场下游；两条边缘光线经过所述输出耦合镜反射输出后，再通过所述光束翻转装置的调整，使两条边缘光线分别交替通过所述放大级的流场下游和流场上游。上述的高功率连续波氟化氘/氟化氢化学激光器中，所述转向平面反射镜与所述非稳腔镜光轴方向优选呈45°角放置；所述输入平面反射镜与所述非稳腔镜光轴方向优选呈α角放置，α为锐角，且过所述输入平面反射镜中心与所述转向平面反射镜中心所成的直线垂直于所述非稳腔镜光轴方向；所述输出平面反射镜与所述非稳腔镜光轴方向优选呈β角放置(β =45° +α)。各个反射镜间的距离可调，以便使经过光束翻转装置的输出光束的传输方向与前述光轴方向保持一致。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于(1)通过采用光束翻转装置，使主振荡级或前一级放大输出的光强较强部分通过后一放大级增益系数较弱的位置，而光强较弱部分通过后一放大级光强较强部分，从而改善了输出光强分布的均勻性，抑制了腔镜热变形的高阶成份，从而提高了输出光束的质量。(2)通过设置杂光导出孔阑，可以有效降低放大的自发辐射(ASE)效应以及衍射造成的镜面中心位置处的杂光，从而可以进一步提高输出光束的质量。(3)通过红外光斑监控装置监测镜面上的光斑位置，以驱动调节镜架进行倾斜调节，可以控制高能激光束传输方向的偏离，避免镜架受激光辐照引起镜面大角度的失调。附图说明图1为现有的MOPA方案高功率连续波氟化氘/氟化氢激光器的原理图。图2为本专利技术实施例1中激光器小信号增益系数沿流场方向分布图。图3为本专利技术实施例1中激光器在光束翻转前后的小信号增益分布及其叠加图。图4为本专利技术实施例1中MOPA方案激光器的原理图。图5为本专利技术实施例1中红外光斑监测装置给出校正信号的原理图。图6为本专利技术实施例2中MOPA方案激光器的原理图。图7为本专利技术实施例2中MOPA方案激光器输出光强分布图。图8为现有的MOPA方案激光器的输出光强本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘泽金，刘文广，许晓军，袁圣付，华卫红，陈金宝，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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