一种多程可控激光放大器的热退偏补偿装置的制作方法

本实用新型涉及重频工作下的高功率固体激光器技术领域，具体而言，涉及一种多程可控激光放大器的热退偏补偿装置。

背景技术：

近年来，高功率固体激光器技术得到了迅速发展，各种规模的固体激光器相继诞生。激光放大器作为激光器输出能量的主要贡献者而受到广泛研究，尤其是基于多程放大的激光放大器研究。多程放大器具有高增益、高效率等优势，在激光器中具有广泛应用，比如美国的NIF、Nova，法国的LMJ，中国的神光系列等。但是，由于放大器的增益材料在工作过程中会产生较多废热，这些热会导致比较严重的热效应，包括热致波前畸变和热退偏，从而使得输出能量降低，光束质量变糟糕，而且容易使光学元件出现永久损伤。对于多程放大器而言，这种情况会更糟糕，因为在多程放大器中，激光每经过一次具有热效应的增益介质，热致波前畸变和热退偏效应叠加一次，最终导致输出光束质量的极大恶化，限制了激光器性能的提升。因此研究多程放大器中的热效应(比如热退偏)补偿方法是非常有必要的。

热退偏的主要原因是激光工作过程中激光材料的热分布不均匀，使得激光材料出现双折射特性，而且横截面上不同位置的折射率不同，当激光通过激光材料后，不同位置的偏振态改变不一致，出现热退偏。现有技术中，针对多程激光放大器的热退偏补偿方法主要有两种，第一种是两个激光放大头+90°转子的构型，第二种是单个激光放大头+45°转子。第一种方法能完全补偿热退偏，但两个激光头参数需要完全相同，而且两个激光头要严格对称共轭；第二种方法相对简单而且也能完全补偿热退偏，但只能用在放大程数较少的放大器中，比如四程放大，要实现更多程数的放大需要更改放大器构型。因此迫切需要一种结构简单、成本较低，能方便应用于多程激光放大器中的热退偏补偿装置。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种放大程数可控、结构简单同时成本较低的多程可控激光放大器的热退偏补偿装置。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种多程可控激光放大器的热退偏补偿装置，包括主光路和侧光路，沿着激光注入方向，所述主光路依次设置有偏振片、四分之一波片、激光放大头、二分之一波片、电光开关和第一全反镜，所述侧光路由第二全反镜构成，所述第二全反镜反射的激光经偏振片再次注入主光路中。

进一步，所述电光开关的工作电压为入射激光波长对应的四分之一波电压。

进一步，电光开关的光轴与主光路的激光平行。

进一步，所述四分之一波片的光轴与激光注入方向的夹角为45°。

进一步，在使用过程中，旋转所述二分之一波片，使得每一圈中离开激光放大头的主激光偏振态与第一全反镜反射回来的主激光偏振态正交。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果在于：

(1)相比于现有技术，本发明中采用单个激光放大头，减小了成本，激光结构更加简单。

(2)本实用新型采用PC电光开关与二分之一波片的组合方式，在PC电光开关姿态不变的情况下，简单旋转二分之一波片即可较好补偿热退偏。

(3)本实用新型利用PC电光开关加四分之一波片的结构，可用于较多放大程数的激光放大器中，并且放大程数可控制，极大增加了激光放大器的输出能力范围。

附图说明

图1为本实用新型的装置示意图；

图2为热致折射率椭球示意图；

图3(a)为本实用新型中热退偏补偿前的近场光斑图；

图3(b)为本实用新型中热退偏补偿后的近场光斑图；

图中：1—偏振片，2—四分之一波片，3—激光放大头，4—二分之一波片，5—电光开关，6—第一全反镜，7—第二全反镜；

图1中In端是激光注入端，位于偏振片101处平行于光路的箭头表示激光的注入方向，Out端是激光输出端，位于偏振片402处平行于光路的箭头表示激光的输出方向。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合本实用新型的附图，对本实用新型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。

实施例一：

本实施例以应用非常广的钕玻璃作为激光放大器增益介质为例，增益介质采用8mm×8mm的方形Nd:glass棒，激光放大头3采用LD作为泵浦源，泵浦方式为四面对称泵浦，泵浦功率80kW。

如图1所示，一种多程可控激光放大器的热退偏补偿装置，包括主光路和侧光路，沿着激光注入方向，所述主光路依次设置有偏振片1、四分之一波片2、激光放大头3、二分之一波片4、电光开关5和第一全反镜6，所述侧光路由第二全反镜7构成，所述第二全反镜7的反射方向朝向偏振片1，由第二全反镜7反射的激光经偏振片1再次注入主光路中。所述电光开关的工作电压为入射激光波长对应的四分之一波电压。偏振片1与主光路成布儒斯特角放置，保证注入到激光放大头3的激光是水平线偏振光。电光开关5的光轴与主光路的激光平行，所述四分之一波片2的光轴与激光注入方向的夹角为45°，二分之一波片4的光轴为任意方向。在使用过程中，旋转所述二分之一波片4，使得每一圈中离开激光放大头3的主激光偏振态与第一全反镜6反射回来的主激光偏振态正交。

多程可控激光放大器实现的原理是：在激光放大头3不工作但电光开关5工作时，电光开关5和四分之一波片2的组合不改变激光偏振态，垂直偏振的光能够在腔内一直传输，因此只要能控制激光在放大器腔体中为垂直偏振态的时间长度和时序关系即可实现放大程数可控。

在激光放大头3工作情况下，由于热的原因，激光放大器中的增益介质产生双折射现象，使得增益介质的折射率椭球变成图2中示意的现象，图中x轴和y轴分别为增益介质截面的两个正交方向，该现象使得线偏振光经过激光放大头3后变成椭圆偏振光，在二分之一波片4光轴和电光开关5光轴与水平方向的夹角为任意角度时，每走完一圈的主激光的偏振态发射变化，变成椭圆偏振光，再经过偏振片1后，一部分透射，另一部分反射，并且主激光上每个点的透射和反射比率不一样，因此最终导致主激光的近场很糟糕。此时慢慢旋转二分之一波片4，使得每一圈中离开激光放大头3的主激光偏振态与第一全反镜6反射回来的主激光偏振态尽量正交，即能实现较好的热退偏补偿。利用CCD对激光放大器输出进场进行测量，对比旋转二分之一波片4前后的主激光近场图案如图3所示，从图中可以看出，旋转二分之一波片4前，光斑出现比较严重的缺失现象，但旋转二分之一波片4后，光斑质量出现了明显改善，也就是说旋转二分之一波片4能比较明显的补偿热退偏现象，得到较好的近场输出。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。