一種多程可控激光放大器的熱退偏補償裝置的制作方法

本實用新型涉及重頻工作下的高功率固體激光器技術領域，具體而言，涉及一種多程可控激光放大器的熱退偏補償裝置。

背景技術：

近年來，高功率固體激光器技術得到了迅速發展，各種規模的固體激光器相繼誕生。激光放大器作為激光器輸出能量的主要貢獻者而受到廣泛研究，尤其是基于多程放大的激光放大器研究。多程放大器具有高增益、高效率等優勢，在激光器中具有廣泛應用，比如美國的NIF、Nova，法國的LMJ，中國的神光系列等。但是，由于放大器的增益材料在工作過程中會產生較多廢熱，這些熱會導致比較嚴重的熱效應，包括熱致波前畸變和熱退偏，從而使得輸出能量降低，光束質量變糟糕，而且容易使光學元件出現永久損傷。對于多程放大器而言，這種情況會更糟糕，因為在多程放大器中，激光每經過一次具有熱效應的增益介質，熱致波前畸變和熱退偏效應疊加一次，最終導致輸出光束質量的極大惡化，限制了激光器性能的提升。因此研究多程放大器中的熱效應(比如熱退偏)補償方法是非常有必要的。

熱退偏的主要原因是激光工作過程中激光材料的熱分布不均勻，使得激光材料出現雙折射特性，而且橫截面上不同位置的折射率不同，當激光通過激光材料后，不同位置的偏振態改變不一致，出現熱退偏。現有技術中，針對多程激光放大器的熱退偏補償方法主要有兩種，第一種是兩個激光放大頭+90°轉子的構型，第二種是單個激光放大頭+45°轉子。第一種方法能完全補償熱退偏，但兩個激光頭參數需要完全相同，而且兩個激光頭要嚴格對稱共軛；第二種方法相對簡單而且也能完全補償熱退偏，但只能用在放大程數較少的放大器中，比如四程放大，要實現更多程數的放大需要更改放大器構型。因此迫切需要一種結構簡單、成本較低，能方便應用于多程激光放大器中的熱退偏補償裝置。

技術實現要素：

針對上述現有技術中存在的問題，本實用新型提供一種放大程數可控、結構簡單同時成本較低的多程可控激光放大器的熱退偏補償裝置。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：一種多程可控激光放大器的熱退偏補償裝置，包括主光路和側光路，沿著激光注入方向，所述主光路依次設置有偏振片、四分之一波片、激光放大頭、二分之一波片、電光開關和第一全反鏡，所述側光路由第二全反鏡構成，所述第二全反鏡反射的激光經偏振片再次注入主光路中。

進一步，所述電光開關的工作電壓為入射激光波長對應的四分之一波電壓。

進一步，電光開關的光軸與主光路的激光平行。

進一步，所述四分之一波片的光軸與激光注入方向的夾角為45°。

進一步，在使用過程中，旋轉所述二分之一波片，使得每一圈中離開激光放大頭的主激光偏振態與第一全反鏡反射回來的主激光偏振態正交。

相對于現有技術，本實用新型的有益效果在于：

(1)相比于現有技術，本發明中采用單個激光放大頭，減小了成本，激光結構更加簡單。

(2)本實用新型采用PC電光開關與二分之一波片的組合方式，在PC電光開關姿態不變的情況下，簡單旋轉二分之一波片即可較好補償熱退偏。

(3)本實用新型利用PC電光開關加四分之一波片的結構，可用于較多放大程數的激光放大器中，并且放大程數可控制，極大增加了激光放大器的輸出能力范圍。

附圖說明

圖1為本實用新型的裝置示意圖；

圖2為熱致折射率橢球示意圖；

圖3(a)為本實用新型中熱退偏補償前的近場光斑圖；

圖3(b)為本實用新型中熱退偏補償后的近場光斑圖；

圖中：1—偏振片，2—四分之一波片，3—激光放大頭，4—二分之一波片，5—電光開關，6—第一全反鏡，7—第二全反鏡；

圖1中In端是激光注入端，位于偏振片101處平行于光路的箭頭表示激光的注入方向，Out端是激光輸出端，位于偏振片402處平行于光路的箭頭表示激光的輸出方向。

具體實施方式

為了使本領域的人員更好地理解本實用新型的技術方案，下面結合本實用新型的附圖，對本實用新型的技術方案進行清楚、完整的描述，基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的其它類同實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。

實施例一：

本實施例以應用非常廣的釹玻璃作為激光放大器增益介質為例，增益介質采用8mm×8mm的方形Nd:glass棒，激光放大頭3采用LD作為泵浦源，泵浦方式為四面對稱泵浦，泵浦功率80kW。

如圖1所示，一種多程可控激光放大器的熱退偏補償裝置，包括主光路和側光路，沿著激光注入方向，所述主光路依次設置有偏振片1、四分之一波片2、激光放大頭3、二分之一波片4、電光開關5和第一全反鏡6，所述側光路由第二全反鏡7構成，所述第二全反鏡7的反射方向朝向偏振片1，由第二全反鏡7反射的激光經偏振片1再次注入主光路中。所述電光開關的工作電壓為入射激光波長對應的四分之一波電壓。偏振片1與主光路成布儒斯特角放置，保證注入到激光放大頭3的激光是水平線偏振光。電光開關5的光軸與主光路的激光平行，所述四分之一波片2的光軸與激光注入方向的夾角為45°，二分之一波片4的光軸為任意方向。在使用過程中，旋轉所述二分之一波片4，使得每一圈中離開激光放大頭3的主激光偏振態與第一全反鏡6反射回來的主激光偏振態正交。

多程可控激光放大器實現的原理是：在激光放大頭3不工作但電光開關5工作時，電光開關5和四分之一波片2的組合不改變激光偏振態，垂直偏振的光能夠在腔內一直傳輸，因此只要能控制激光在放大器腔體中為垂直偏振態的時間長度和時序關系即可實現放大程數可控。

在激光放大頭3工作情況下，由于熱的原因，激光放大器中的增益介質產生雙折射現象，使得增益介質的折射率橢球變成圖2中示意的現象，圖中x軸和y軸分別為增益介質截面的兩個正交方向，該現象使得線偏振光經過激光放大頭3后變成橢圓偏振光，在二分之一波片4光軸和電光開關5光軸與水平方向的夾角為任意角度時，每走完一圈的主激光的偏振態發射變化，變成橢圓偏振光，再經過偏振片1后，一部分透射，另一部分反射，并且主激光上每個點的透射和反射比率不一樣，因此最終導致主激光的近場很糟糕。此時慢慢旋轉二分之一波片4，使得每一圈中離開激光放大頭3的主激光偏振態與第一全反鏡6反射回來的主激光偏振態盡量正交，即能實現較好的熱退偏補償。利用CCD對激光放大器輸出進場進行測量，對比旋轉二分之一波片4前后的主激光近場圖案如圖3所示，從圖中可以看出，旋轉二分之一波片4前，光斑出現比較嚴重的缺失現象，但旋轉二分之一波片4后，光斑質量出現了明顯改善，也就是說旋轉二分之一波片4能比較明顯的補償熱退偏現象，得到較好的近場輸出。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。