一种高功率固体激光驱动器及其激光放大方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高功率激光驱动器技术领域，具体而言涉及一种高功率固体激光驱动器及其激光放大方法。
【背景技术】
[0002]惯性约束聚变是一种将物质压缩并加热到高温高密度状态以实现可控热核聚变的科学技术。其所制造的物质状态属于高能量密度物理研宄的范畴，通常需要建造大型的驱动器实现能量加载，如高功率激光驱动器、粒子加速器、Z箍缩装置等。目前在这些不同种类的驱动器技术中，只有激光驱动器最为成熟，能够为惯性约束聚变提供“点火”量级的驱动能量。因此，世界主要大国均开展了不同程度的激光聚变研宄，并建造了一系列大型高功率固体激光驱动器，如美国的国家点火装置(Nat1nal Ignit1n Facility)，法国的兆焦耳激光装置(Laser Megajoule)和中国的神光系列激光装置等。
[0003]依据设计时的点火物理需求分析，这些装置的建造输出能力均不高于2MJ。但从已建成的美国国家点火装置上开展的物理实验来看，1.8MJ的输出能力尚不能支撑“点火”目标的实现。为向“点火”目标更进一步，人类迫切需要更大能量的激光驱动器。美国国家点火装置已经计划在2017财年基于装置“内在能力”，以潜力发掘的方式将装置的输出能力由目前的1.8MJ提升到3MJ，以更好的支撑惯性约束聚变的研宄。
[0004]从激光驱动器设计建造的角度出发，更大的输出能量可以通过提高驱动器规模得以实现。例如以美国国家点火装置为例，以目前192路激光输出1.8MJ的能力来说，只需将驱动器规模扩大到384路，并采用更大的靶室，就可在现有技术条件不发生改变的情况下达到3.6MJ的输出能力。但简单的扩大规模也带来造价和资源需求的线性扩大。美国国家点火装置造价超过40亿美元，如单纯扩大规模将造成造价的巨幅提升，从而带来难以承担的成本压力。
[0005]当前国际上主流激光驱动器设计均采用组合口径、多程放大的方式，即将多束激光排列成组束结构(如4X2阵列)，每一束激光配备两组主放大器和两组空间滤波器。这样的设计排列使每束光相对独立，每个组束共享放大器腔体和泵浦。但这种驱动器设计使放大器内增益介质的储能不能有效提取，造成储能的浪费，同时也会导致当能量需求进一步提高时，需要投入巨大的经费和资源以支撑驱动器建设。且当驱动器规模大到一定程度时，工程的限制将导致驱动器难以继续扩大规模，无法为惯性约束聚变研宄提供更大能量的输出能力。
[0006]偏振透反镜，为光学领域常用器件，具有反射和透射两种功能，对于某一角度的线偏振光反射，将该线偏振光的偏振方向偏转90°后，就可以在偏振透反镜透过。
[0007]电光开关，也称为“电光Q开关”，关键部件为内部的电光晶体，当向电光晶体施加半波电压时，通过电光开关的光束偏振方向将偏转90°。
【发明内容】
[0008]针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种高功率固体激光驱动器及其激光放大方法，本发明的激光驱动器将多个激光放大系统排列为多边形，种子激光在多个激光放大系统中循环传输放大，增加了增益介质的有效提取率，激光能量放大倍数增加。
[0009]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0010]一种高功率固体激光驱动器，包括至少I个反射镜和至少3组激光放大系统，所述激光放大系统共同排列为多边形，所述激光放大系统包括放大器、空间滤波器、电光开关、控制电路、偏振透反镜和变形镜，所述控制电路与所述电光开关连接，按照激光的传播路径依次排列为:放大器、空间滤波器、电光开关、偏振透反镜、变形镜和下一组激光放大系统的放大器，所述反射镜与所述变形镜位于所述偏振透反镜的不同侧。
[0011]进一步，所述激光放大系统为6组，排列为正六边形。
[0012]进一步，所述反射镜的个数为6个。
[0013]另，本发明还提供一种利用如上所述的固体激光驱动器进行激光放大的方法，包括以下步骤:
[0014](I)将至少I束入射激光导入激光放大系统的光路，得到种子激光；
[0015](2)所述种子激光在所述激光放大系统组成的环形光路中循环传输，并多程放大，得到放大激光；
[0016](3)所述放大激光输出时，所述驱动电路向所述电光开关的晶体加载半波电压，使所述放大激光的偏振方向偏转90°，经过偏振透反镜时透过，入射到反射镜发生反射，输出打靶激光。
[0017]进一步，所述入射激光为脉冲激光。
[0018]进一步，所述入射激光的光束数目与所述激光放大系统的数目相同。
[0019]进一步，所述入射激光导入的位置为所述空间滤波器的小孔位置。
[0020]本发明的有益效果如下:
[0021]1、多组激光放大系统排列为多边形，每束种子激光等效只是用一组激光放大系统，却可以多次在所有激光放大系统中放大，对增益介质中的储能高效提取，提高驱动器整体的能量利用率，极大减少了驱动器对资源和经费的需求；
[0022]2、多组激光放大系统采用6组，形成高度对称的构型，每组激光放大系统中的器件相同，减少了设计、加工和制造环节的资源消耗；
[0023]3、激光驱动器中的器件排列简单，构思巧妙，充分利用反射镜，整体结构紧凑，可以沿靶室排列多层激光驱动器，形成球状构型，从而快速增加打靶激光路数；
[0024]4、采用变形镜，通过改变变形镜的面型，对波前畸变和离焦进行校正，以保证激光安全通过下一组空间滤波器的小孔；
[0025]5、本发明采用的激光放大方法可同时放大多束种子激光，激光经过放大后可由同一反射镜先后输出，也可由不同反射镜同时输出。
【附图说明】
[0026]图1为本发明的整体结构示意图；
[0027]图2为本发明的局部放大图；
[0028]图3为多个本发明的激光驱动器打靶时整体排列示意图；
[0029]图4为本发明的增益介质钕玻璃储能和储能提取率；
[0030]图5为美国国家点火装置的增益介质钕玻璃储能和储能提取率。
[0031]图中:1 一激光放大系统，2—反射镜，3—放大器，4一空间滤波器，41 一小孔，5—电光晶体，6 一偏振透反镜，7 一变形镜，8—入射激光，9 一勒!室。
【具体实施方式】
[0032]为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0033]实施例一:
[0034]如图1所示，一种高功率固体激光驱动器，包括6个反射镜2和6组激光放大系统1，所述激光放大系统I共同排列为正六边形。
[0035]如图2所示，所述激光放大系统I包括放大器3、空间滤波器4、电光开关5、控制电路(图中未画出)、偏振透反镜6和变形镜7，所述控制电路与所述电光开关5连接，按照激光的传播路径依次排列为:放大器3、空间滤波器4、电光开关5、偏振透反镜6、变形镜7和下一组激光放大系统I的放大器3，所述反射镜2与所述变形镜7位于所述偏振透反镜6的不同侧。所述空间滤波器4由两侧的凸透镜和中间的小孔41