[發明專利]一種脈沖激光時空分布調控激光器及方法

有效

• 申請號: 202210836623.7
• 申請日: 2022-07-15
• 公開（公告）號: CN115296136B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 李淵驥;楊皓晰;馮晉霞;張寬收
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: H01S3/108
• 分類號: H01S3/108;H01S3/10;H01S3/115
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

1.一種脈沖激光時空分布調控激光器，其特征在于，包括諧振腔、泵浦源、泵浦整形耦合裝置、長波斯托克斯光源和短波泵浦光源，所述諧振腔包括輸入鏡、激光晶體、薄膜偏振片、電光調Q晶體、四分之一波片、第一高反鏡、第一雙色鏡、第二雙色鏡、拉曼晶體、第二高反鏡；

所述泵浦源作為泵浦光光源，所述泵浦光經過泵浦整形耦合裝置、輸入鏡入射至激光晶體，所述激光晶體產生的激光經薄膜偏振片、電光調Q晶體、四分之一波片到達第一高反鏡后再次通過四分之一波片、電光調Q晶體、薄膜偏振片、激光晶體到達輸入鏡，然后經過第二雙色鏡、拉曼晶體、第一雙色鏡到達第二高反鏡；

所述第一雙色鏡和第二雙色鏡位于拉曼晶體兩端，所述長波斯托克斯光源和短波泵浦光源經第一雙色鏡和第二雙色鏡注入拉曼晶體，在所述第一雙色鏡的左端設置有第二高反鏡，所述第二雙色鏡位于輸入鏡的左端。

2.一種利用權利要求1所述激光器的脈沖激光時空分布調控方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，給電光調Q晶體和泵浦源各施加一個方波信號：給泵浦源施加高電平信號，泵浦源發出的泵浦光經過泵浦整形耦合裝置、輸入鏡入射至激光晶體，將激光晶體的激活粒子從低能級泵浦到高能級，給電光調Q晶體施加低電平信號，四分之一波片和薄膜偏振片引入高損耗，此時Q開關處于關閉狀態，激光晶體儲能；

步驟2，當諧振腔內的反轉粒子數達到最大時，給泵浦源施加低電平信號，給電光調Q晶體施加電壓等于1/4波電壓的高電平信號，諧振腔處于儲能狀態，產生脈沖激光并在腔內往返振蕩；

步驟3，在給電光調Q晶體施加電壓等于1/4波電壓的高電平信號的同時，在拉曼晶體中注入連續運轉的長波斯托克斯光與短波泵浦光，并通過調控長波斯托克斯光與短波泵浦光的空間分布，從而調控脈沖激光的空間增益分布，同時通過控制電光調Q晶體的驅動信號的高電平持續時間改變空間增益分布調控的調控深度；

步驟4，當諧振腔內的光子數達到最大且脈沖激光的空間分布滿足目標要求時，將施加于電光調Q晶體的驅動信號再次切換為低電平電壓，此時腔內振蕩的S偏振光兩次通過四分之一波片后變成P偏振光，并通過薄膜偏振片透射，輸出激光巨脈沖；

步驟5，用光束質量分析儀檢測輸出的激光巨脈沖是否為目標光束，如果不是目標光束，重新調整長波斯托克斯光與短波泵浦光的空間分布，并返回步驟3；如果是目標光束，繼續保持初始設定的長波斯托克斯光與短波泵浦光的空間分布，則實現基于受激拉曼散射耦合的腔倒空技術的脈沖激光時空分布調控。

3.根據權利要求2所述一種脈沖激光時空分布調控方法，其特征在于，所述激光晶體為釩酸鹽晶體、氟化物晶體、釔鋁石榴石晶體、釓鎵石榴石晶體、玻璃基質晶體。

4.根據權利要求2所述一種脈沖激光時空分布調控方法，其特征在于，所述電光調Q晶體為KDP型晶體、ABO₃型晶體、AB型化合物晶體或其他雜類晶體。

5.根據權利要求2所述一種脈沖激光時空分布調控方法，其特征在于，所述拉曼晶體為任何基頻光波長與激光晶體輸出波長相同的拉曼晶體。

6.根據權利要求2所述一種脈沖激光時空分布調控方法，其特征在于，所述調控長波斯托克斯光與短波泵浦光的空間分布的方法為：通過預設的程序利用微透鏡整形陣列或液晶空間光調制器分別調控，所述預設的程序具體為：

根據諧振腔內光束往返一周總的增益和目標光束滿足的條件，計算出脈沖激光通過拉曼晶體得到的增益g_r需滿足的條件，當g_r＞0時為注入短波泵浦光帶來的增益，g_r＜0時為注入長波斯托克斯光引起的損耗，而增益g_r的絕對值正比于注入的功率，通過控制長波斯托克斯光與短波泵浦光的空間分布，即可控制g_r的空間分布，從而控制脈沖激光的空間分布；

所述諧振腔內光束往返一周總的增益為：

式中，為t時刻拉曼晶體處的光子數密度分布，為t時刻激光晶體處的光子數密度分布，n(r，t)為t時刻激光晶體處光束中心處反轉粒子數密度分布，l_L為激光晶體長度，l_R為拉曼晶體的長度，σ_L為激光晶體的受激發射截面，t_r為光在諧振腔內往返一次的時間，r為到光束中心的橫向距離；

所述目標光束滿足的條件為任意模式的空間分布光束需滿足的空間分布條件。