[發(fā)明專利]補(bǔ)償正B積分相移的裝置與方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711465687.6
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN107968307A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳檬;呂思奇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01S3/00
• 分類號: H01S3/00
• 代理公司: 北京匯信合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11335
• 代理人: 夏靜潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及補(bǔ)償正B積分相移的裝置與方法。

背景技術(shù)

在高功率固體激光系統(tǒng)中，B積分作為光場傳輸過程中的非線性相移，決定了光束波前的畸變的程度，當(dāng)B積分達(dá)到一定值后會導(dǎo)致放大級的光學(xué)介質(zhì)材料出現(xiàn)不可逆損傷。因此，B積分的值可以衡量系統(tǒng)非線性效應(yīng)的嚴(yán)重程度，對激光器總體設(shè)計、工程研制和安全運(yùn)行具有重要的意義。美國利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室的Perry.M.D認(rèn)為為保證輸出脈沖質(zhì)量，整個激光系統(tǒng)的B積分值應(yīng)當(dāng)小于或等于1，并把它作為激光系統(tǒng)總體設(shè)計的判據(jù)之一，因此如何抑制非線性效應(yīng)對光束傳輸?shù)挠绊懯鞘种匾摹Ｒ怨腆w激光器常用的增益介質(zhì)Nd：YAG晶體為例，B積分較高后會使晶體出現(xiàn)光束分裂和成絲現(xiàn)象。

現(xiàn)有解決B積分影響的方法，通常采用空間濾波技術(shù)；如圖1所示，首先將一束光垂直入射到物平面，因?yàn)槲锲矫嬷糜诰劢雇哥R1的前焦面(物面)，所以光束在聚焦透鏡1的后焦平面(頻譜面)上匯聚，得到物的空間頻譜，若在透鏡的公共焦點(diǎn)處放置適當(dāng)?shù)臑V波小孔2，將空間頻譜中的中高頻成份攔截掉，濾波后的光束再被準(zhǔn)直透鏡3準(zhǔn)直，在準(zhǔn)直透鏡3的后焦平面(輸出面)上就能得到濾波后的像。在此種方法中，空間濾波器往往需要被放置在真空環(huán)境中以防止空氣擊穿，組成空間濾波器的透鏡焦距也往往比較大，用來降低遠(yuǎn)場強(qiáng)度延遲堵孔時間，這就大大增加了高功率激光裝置的規(guī)模和輔助真空設(shè)備的投入以及維護(hù)，并降低了系統(tǒng)應(yīng)用的便利性。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種利用具有負(fù)非線性折射率材料來補(bǔ)償固體激光器中正B積分相移的裝置與方法，其具有簡單、有效、高速的特點(diǎn)，能夠抑制固體激光器中出現(xiàn)的非線性效應(yīng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種補(bǔ)償正B積分相移的裝置，包括以光線傳播方向依次放置的光處理組件、光補(bǔ)償組件和結(jié)果檢測組件，所述光補(bǔ)償組件與其安裝位為可拆卸連接；

所述光處理組件的光學(xué)元件包括：以光線傳播方向依次放置的再生光源和擴(kuò)束系統(tǒng)；

所述光補(bǔ)償組件的光學(xué)元件包括：以光線傳播方向依次放置的補(bǔ)償薄片和縮束系統(tǒng)，所述補(bǔ)償薄片為具有負(fù)非線性折射系數(shù)的補(bǔ)償薄片；

所述結(jié)果檢測組件的光學(xué)元件包括：以光線傳播方向依次放置放大級模塊、衰減器和感光元件。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述再生光源采用1064nm波長的皮秒脈沖激光。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述擴(kuò)束系統(tǒng)包括一個輸入的凹透鏡和一個輸出的凸透鏡，且凸透鏡的焦距大于凹透鏡的焦距。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述補(bǔ)償薄片的補(bǔ)償材料為具有負(fù)非線性折射系數(shù)的砷化鎵材料。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述補(bǔ)償薄片的補(bǔ)償厚度取決于補(bǔ)償材料的負(fù)非線性折射率系數(shù)大小、放大級模塊中固體增益介質(zhì)的正非線性折射率系數(shù)大小及介質(zhì)長度。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述縮束系統(tǒng)包括一個輸入的凸透鏡和一個輸出的凹透鏡，且凸透鏡的焦距大于凹透鏡的焦距。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述放大級模塊為Nd：YAG放大模塊。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述感光元件為CCD圖像傳感器。

本發(fā)明還提供一種補(bǔ)償正B積分相移的補(bǔ)償方法，包括：

步驟1、再生光源射出脈沖激光，并通過擴(kuò)束系統(tǒng)使激光光斑擴(kuò)大并平行出射；

步驟2、水平出射光進(jìn)入補(bǔ)償薄片獲得具有負(fù)B積分相移的激光；

步驟3、出射光通過縮束系統(tǒng)使激光光斑縮小并平行出射；

步驟4、帶有負(fù)B積分相移的激光通入放大級模塊后抵消掉增益介質(zhì)產(chǎn)生的正B積分相移，用感光元件觀察，觀察是否獲得均勻的光斑并記錄；

步驟5、拆卸補(bǔ)償薄片；重復(fù)步驟4，對比拆卸補(bǔ)償薄片前后光斑的變化。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明采用補(bǔ)償薄片在放大級模塊之前進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償，利用補(bǔ)償薄片具有負(fù)非線性折射系數(shù)的特性，產(chǎn)生了負(fù)B積分相移與放大級模塊增益介質(zhì)中產(chǎn)生的正B積分相移進(jìn)行抵消，裝置整體結(jié)構(gòu)簡單，便于實(shí)現(xiàn)小型化。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中補(bǔ)償正B積分相移的裝置示意圖；

圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例公開的補(bǔ)償正B積分相移的裝置示意圖；

圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例公開的選擇砷化鎵補(bǔ)償材料厚度與Nd：YAG非線性增益介質(zhì)長度的匹配示意圖。

圖中：