[發明專利]抑制橫向非線性效應提高大口徑光學元器件安全性的方法及裝置

有效

• 申請號: 201210363384.4
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN102854697A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 呂志偉;樊心民;林殿陽
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G02F1/39
• 分類號: G02F1/39;G02B27/28
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明涉及抑制橫向非線性效應提高大口徑光學元器件安全性的方法及裝置，屬于光學領域。

背景技術

為滿足某些研究和工程領域對高能量大功率激光的需求，激光系統的整體輸出水平越來越高，光束口徑越來越大。然而，當高通量激光經過鏡片、透鏡、晶體等大口徑光學元器件時（如圖2所示），在垂直于激光偏振方向上很容易導致受激布里淵散射、受激拉曼散射等非線性效應產生，如圖3所示，這種橫向受激布里淵散射（TSBS）、橫向受激拉曼散射（TSRS）很可能會對大口徑光學元器件造成損傷或破壞。目前，橫向非線性效應已經成為制約大型激光裝置總體輸出水平的主要因素之一。因此，破解TSBS、TSRS等非線性效應破壞機理找出有效抑制方法，提高激光系統總體輸出水平，已經成為當今世界高能量高強度激光領域一個重大科學問題。

目前，為降低TSBS、TSRS等非線性效應對大口徑光學元器件破壞的風險，研究人員已經提出或利用以下手段：

1）增加激光帶寬。研究證明，一般情況下，增加激光帶寬能夠提高非線性效應閾值，在一定程度上抑制非線性效應等對光束質量或元件的破壞。但是，激光帶寬如果太小其抑制作用不明顯，如果太大很容易超出放大器光譜范圍而影響放大效率；另外，目前常用的相位調制實現激光譜線展寬技術，不僅會破壞激光的相干性還極易出現幅頻效應等問題，從而導致光束質量降低。

2）研制并使用新型光學材料。例如，在高通量大型激光系統中，受TSRS影響，頻率轉換晶體KDP極易受到損傷，有人提出利用TSRS增益系數更小的KD^*P代替KDP。但是，大口徑高質量KD^*P晶體生長及加工十分困難，目前還無法應用于工程領域；而且，隨著激光系統輸出水平的不斷提升，KD^*P還將存在被破壞的風險。

3）降低激光通量或減小光束口徑。顯然，這種方法難以應用于大型激光裝置，否則勢必會大大增加激光系統的設計難度、復雜程度及工程造價。

4）將大口光學元件分割成小口徑光學元件陣列。若透鏡、晶體（KDP）等大口徑關鍵性光學器件被分割成很多小口徑的光學元器件陣列，光束質量勢必遭受一定程度的破壞；而且，為減小或防止TSBS、TSRS等效應對光束質量的干擾，小口徑光學元件之間通常需鋪設一層吸收體，這無疑會進一步破壞光束質量。

5）光學元件側面斜化處理。例如，為降低TSRS對KDP晶體的破壞能力，將KDP側面（靠近激光出射的后表面位置）做成斜面，使側面反射的Stokes光大部分透射出KDP晶體，從而降低TSRS對KDP晶體的破壞能力。然而，研究發現這種方案的抑制作用十分有限，尤其是光學元件側面反射率本身就很小的時候。

因此，探索一種應用范圍廣、結構簡單、維護方便、能夠有效抑制TSBS、TSRS等橫向非線性效應的方法及裝置，對提高大型激光系統整體輸出能力具有十分重要意義。

發明內容

本發明目的是為了解決TSBS、TSRS等橫向非線性效應對大口徑光學元器件損傷的問題，提供了一種抑制橫向非線性效應提高大口徑光學元器件安全性的方法及裝置。

本發明所述抑制橫向非線性效應提高大口徑光學元器件安全性的方法：將入射至大口徑光學元器件的激光束預先分成m×n束子光束，每相鄰兩個子光束的偏振方向相互垂直，m和n均為正整數。

抑制橫向非線性效應提高大口徑光學元器件安全性的裝置，它包括激光源、偏振控制板和大口徑光學器元件。

偏振控制板由m×n片偏振旋轉元構成，形成m×n二維陣列，m和n均為正整數，激光源發射出的激光透過偏振控制板后分成m×n束子光束，每相鄰兩個子光束的偏振方向相互垂直，所述m×n束子光束入射至大口徑光學元器件。

本發明的優點：通過偏振控制板的大口徑激光束被分割成偏振方向相互垂直的兩類小口徑子光束，在大口徑光學元器件中，TSBS、TSRS等產生的Stokes光傳輸方向與入射激光偏振方向垂直，因此，如果不使用偏振控制板2，那么在大口徑光學元器件中Stokes光只在兩個方向產生與放大；如果使用偏振控制板2，那么在大口徑光學元器件中Stokes光將在四個方向產生與放大，這會減小Stokes光的增益長度，從而降低大口徑光學元器件被損壞的風險。由于振動方向相互垂直的偏振光不相干，所以偏振控制板的使用對提高激光遠場焦斑的均勻性也有一定好處。

附圖說明

圖1是本發明所述抑制橫向非線性效應提高大口徑光學元器件安全性的裝置的結構示意圖；