[發明專利]一種高峰值功率脈沖激光相干合成裝置

在審

• 申請號: 202110598439.9
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113346337A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 胡文華;張亦卓
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: H01S3/00
• 分類號: H01S3/00;H01S3/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明實施例提供的一種高峰值功率脈沖激光相干合成裝置，包括：本振激光器、用于對所述本振激光器產生的激光束進行分束的分光系統、用于對分光系統分束的激光進行放大的兩路放大鏈路、用于對放大后的激光束進行會聚的會聚系統、用于對會聚的光束進行相位共軛并反射至會聚系統的相位共軛系統、用于對原路返回的光束進行合成輸出的合光系統。該裝置采用相關共軛技術補償相位畸變，不需要額外的波前探測系統和波前控制系統，自動補償相位畸變，減小了相干合成系統的復雜性，提高了可靠性。

技術領域

本發明涉及固體激光技術領域，具體涉及一種高峰值功率脈沖激光相干合成裝置。

背景技術

多光束激光相干合成是一種能在保持激光光束質量的同時，提高激光輸出功率的有效手段。其核心思想是通過精密相位控制，使多臺激光器的輸出相位保持一致，實現多光束激光的相干迭加。相干合成的意義在于：一方面在保持光束質量的同時，提高了輸出光束的功率，實現了亮度的提高，實現了遠距離傳輸；另一方面模塊化的結構分散了熱效應，克服了“熱”造成高能激光平均亮度下降的主要影響因素。因而，相對于內部能量高度集中的高能固體激光傳統體系而言，基于相干合成的新型體系結構有可能解決亮度和熱管理兩個難題。

相干合成技術方案按照是否通過外界手段來干預探測并矯正相位誤差分為主動式的閉環有源相位控制和被動式自組織鎖相環運行激光器陣列兩大類。目前高能固體激光器常用的激光相干合成方法是一種主動式的有源相位校正技術，其基本原理是主振蕩器的輸出激光被分為多束，引出其中一束經聲光移頻器后作為參考波，其余各束進行功率放大，利用外差法探測各激光放大鏈路的輸出光波與參考光波的相位差，根據所探測的相位差實時控制相位調制器以實現對相位誤差的實時校正，進而達到鎖相環運行的目的。閉環有源相位控制典型代表是2003年由美國諾格公司提出的MOPA結構，存在的主要問題在于相位探測和相位控制系統復雜而精密，影響激光器整體的技術成熟度，特別是高峰值功率的窄脈沖激光器的相位控制系統制作困難，穩定性差；而被動自組織鎖相激光器多用于半導體激光器等連續運行的激光器或低功率共腔激光器等。

在同等功率情況下，由于沖擊和燒蝕的共同作用，脈沖體制工作的激光器比連續激光器具有更強的破壞力，因此，無論對于激光加工還是軍事應用脈沖激光器具有光纖激光器不具備的峰值功率優勢。由于脈沖激光存在一定的持續時間和占空比，不同時刻脈沖的時域特性(如脈寬、峰值功率等)也可能有所不同，如果脈沖不能有效同步，實際合成效果可能是各路脈沖激光的時域迭加而非多個脈沖的相干合成。因此，要實現有效的脈沖激光相干合成，脈沖同步和相位鎖定同樣重要，這就給脈沖激光相干合成系統帶來復雜性和可靠性低等問題。

發明內容

為了解決現有技術中由于脈沖不能有效同步，實際合成效果可能是各路脈沖激光的時域迭加而非多個脈沖的相干合成，而導致的脈沖激光相干合成系統復雜性和可靠性低的問題，本發明實施例提供一種高峰值功率脈沖激光相干合成裝置，該裝置采用相關共軛技術補償相位畸變，不需要額外的波前探測系統和波前控制系統，自動補償相位畸變，減小了相干合成系統的復雜性，提高了可靠性。其具體技術方案如下：

本發明實施例提供的一種高峰值功率脈沖激光相干合成裝置，包括：

本振激光器、用于對所述本振激光器產生的激光束進行分束的分光系統、用于對分光系統分束的激光進行放大的兩路放大鏈路、用于對放大后的激光束進行會聚的會聚系統、用于對會聚的光束進行相位共軛并反射至會聚系統的相位共軛系統、用于對原路返回的光束進行合成輸出的合光系統。

進一步的，所述本振激光器采用本振加功率放大的MOPA結構。

進一步的，所述放大鏈路采用兩路四級雙程放大系統，每個放大鏈路包括多個泵浦系統，每個泵浦系統包括泵浦腔、泵浦光源和激光工作物質。

進一步的，所述相位共軛系統包括如下具有相位共軛功能的器件之一：

基于四波混頻效應的光柵、基于布里淵散射效應的液體或光纖相位共軛鏡。