[發明專利]可抑制腔內高階畸變的直接液冷陣列式薄片非穩諧振腔

有效

• 申請號: 202010156250.X
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111404000B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 易家玉;阮旭;胡浩;涂波;曹海霞;高清松;唐淳
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: H01S3/04
• 分類號: H01S3/04;H01S3/042;H01S3/081
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 陽佑虹

本發明公開了一種可抑制腔內高階畸變的直接液冷陣列式薄片非穩諧振腔，其結構包括直接液冷陣列分布式增益模塊、諧振腔鏡、4f相傳遞、光闌、反射式體布拉格光柵和泵浦系統。本發明針對直接液冷直接液冷陣列式薄片激光裝置受液體流動引入高階畸變較多而導致光束質量較差的弊端，創新性地提出了改變非穩腔結構并在腔內引入4f系統，腔內采用光闌和反射式布拉格光柵相結合的方式實現對高階波前畸變抑制，從而獲得高光束質量激光輸出。本發明的激光裝置不僅可以有效解決固體激光熱管理的問題，同時實現高光束質量激光輸出，是一種新型的高功率激光裝置。

技術領域

本發明涉及高能激光技術領域，提供了一種激光輸出裝置，尤其是一種可抑制腔內高階畸變的直接液冷陣列式薄片激光非穩諧振腔。

背景技術

高平均功率全固態激光在前沿科學研究、國民經濟、國家安全等領域發揮著重要作用，是激光領域的研究熱點和重要方向。隨著激光功率增大而導致的嚴重熱效應成了限制全固態激光器獲得高平均功率、高光束質量激光輸出的核心問題。直接液冷是一種有效的熱管理方式，如美國專利號US7366211B2公開了一種液體直接冷卻的激光器，其實現方式是將多片增益介質進行陣列式排列形成一個增益模塊，通過分布式增益的方式降低單片介質的增益從而降低其產熱密度，通過液體快速流動將介質的產熱帶走。這種增益方式的優點是在降低單片增益介質產熱率的同時卻可以單位體積內獲得極高的增益，實現激光器的緊湊化、小型化。但是對于直接液冷激光器，由于激光需要穿過流動的液體，那么液體的流場會影響激光傳輸。在實際的設計中，受限于加工、組裝的精確性，液體的流動狀態難以獲得理想的層流狀態，在某單一流道中的流動狀態(直接影響熱分布)通常會出現一定的空間域及時間域的高頻成分，通過數十、數百個流道的疊加，像差成分將變得極為復雜。高頻像差成分也成了影響該類激光裝置光束質量的主要因素。

因此，抑制直接液冷激光諧振腔內的高頻波前畸變是獲得高光束質量的關鍵技術。高光束質量的輸出的直接液冷激光裝置不僅解決了固體激光光源的熱管理問題，同時還有利于實現固體激光光源的小型化和工程化。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種可抑制腔內高階畸變的直接液冷陣列式薄片非穩諧振腔。以實現對直接液冷激光諧振腔內高階像差的抑制從而獲得高光束質量、高功率激光輸出。

本發明采用的技術方案如下：

一種可抑制腔內高階畸變的直接液冷陣列式薄片非穩諧振腔，包括直接液冷陣列分布式增益模塊、諧振腔鏡、4f成像系統、高階畸變抑制系統和泵浦系統；其中：

泵浦系統與增益模塊相匹配設置，用于向增益模塊中注入泵浦光，以使增益模塊產生激光增益。

諧振腔鏡包括凹面反射鏡、腔內鏡、平面反射鏡以及刮刀輸出鏡，腔內鏡設置于凹面反射鏡與平面反射鏡之間，凹面反射鏡與平面反射鏡分別設置于增益模塊兩側，凹面反射鏡和腔內鏡共焦，刮刀輸出鏡設置于凹面反射鏡的輸出光路上；凹面反射鏡向腔內鏡反射的激光經腔內鏡后，達到平行效果，平面反射鏡對激光進行垂直反射后激光原路返回；腔內鏡向凹面反射鏡輸出的激光經凹面反射鏡反射后，得到平行的輸出光。

4f成像系統與諧振腔鏡的結構相匹配，用于在非穩諧振腔內獲得激光焦點。4f成像系統可以由其他系統同時充當，也可以是獨立于其他系統的系統(指元器件獨立，結構可能需要與其他系統配合)，由諧振腔鏡的結構決定。

高階畸變抑制系統包括光闌和反射型體布拉格光柵，光闌設置于4f成像系統形成的焦點處，反射型體布拉格光柵設置于腔內鏡與平面反射鏡之間。