一种基于声光效应的激光再生放大器的制作方法

本发明属于激光再生放大领域，更具体地，涉及一种基于声光效应的激光再生放大器。

背景技术：

1985年出现的啁啾脉冲放大技术，提高了激光脉冲峰值功率，激光进入高强度发展阶段，超短脉冲，高能量激光是现在强物理场的重要光源，再生放大技术是实现超短脉冲高能量输出的必要手段。

再生放大技术可以采用电光效应或者声光效应控制光脉冲的入腔与出腔，电光效应速度更快，但施加电压很高，目前低电压电光效应阈值较低，仍然处于研究阶段；声光效应相比于电光效应速度较慢，但所加电压不必太高。

在再生放大领域，光脉冲入腔后往返多次，实现多次能量放大，脉冲放大到一定程度时，通过电光效应或声光效应控制，脉冲出腔完成再生放大过程。但在一定条件下，光脉冲放大存在饱和情况，且重复频率越高时，饱和越快，单脉冲能量无法达到很高。

同时，在再生放大领域，为了防止光脉冲出腔时原路返回对元器件造成损伤，解决该问题的方法目前主要有两个，方法一，在进入离开腔体的光路上添加必要偏振隔离元件以及偏振控制元件，使得脉冲出腔时，控制偏振态与入腔时不同，通过偏振隔离元件时无法原路返回；方法二，在激光再生放大腔体中加入两个电光效应或声光效应装置，光脉冲从装置一中入腔，从装置二中出腔，入腔与出腔的光路不同防止光路原路返回。两种方式都增加了器件的复杂度，方法二同时增加了脉冲入腔/出腔控制难度。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于声光效应的激光再生放大器，旨在解决现有的再生放大方法为了防止光脉冲原路返回而增加器件复杂度的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于声光效应的激光再生放大器，包括：激光再生放大腔体、声光合束/分束器、任意波形信号发生器、第一激光工作模块和第二激光工作模块；

工作状态下，任意波形信号发生器将第一声波和第二声波加载在声光合束/分束器后，光束经过声光合束/分束器发生声光相互作用形成“y”字型光路；激光再生放大腔体包括第一反射镜，第二反射镜和第三反射镜，“y”字型光路包括腔体光干路、第一光支路和第二光支路；激光再生放大腔体的第一反射镜位于腔体光干路的一端，第二反射镜位于第一光支路的另一端；第三反射镜位于第二光支路的另一端；第一光支路的一端、第二光支路的一端和腔体光干路的另一端构成节点；声光合束/分束器位于节点处；声光合束/分束器与第二反射镜之间的距离和声光合束/分束器与第三反射镜之间的距离相等；第一激光工作模块位于声光合束/分束器与第二反射镜之间；第二激光工作模块位于声光合束/分束器与第三反射镜之间；

激光再生放大腔体用于通过提供激光往返路径实现激光放大；声光合束/分束器加载声波，光束经过声光合束/分束器与声波发生声光作用，实现合束或分束；任意波形信号发生器用于将第一频率或第二频率的声波加载在声光合束/分束器上，控制光束的传输方向；第一激光工作模块和第二激光工作模块用于对光束增益放大；

其中，在腔体光干路上传输的光束具有声光合束/分束器件的e偏振态；在第一光支路和第二光支路上传输的光束具有声光合束/分束器件的o偏振态。

优选地，基于声光效应的激光再生放大器还包括偏振控制器，放置于腔体光干路；或腔体光干路、第一光支路和第二光支路；或第一光支路和第二光支路；放置于所述腔体光干路的偏振控制器用于透过具有声光合束/分束器的e偏振态的光束；放置于所述腔体光支路的偏振控制器用于透过具有声光合束/分束器的o偏振态的光束。

优选地，任意波形信号发生器加载第一频率声波和第二频率声波时，具有声光合束/分束器e偏振态的光束进入腔体光干路，经声光合束/分束器后产生偏转角不同的两束具有声光合束/分束器o偏振态衍射光分别进入第一光支路和第二光支路，实现分束。

优选地，任意波形信号发生器加载第一频率声波和第二频率声波时，具有声光合束/分束器o偏振态的两光束分别进入第一光支路和第二光支路，经声光合束/分束器后，在腔体光干路上形成一束具有声光合束/分束器e偏振态的光束，实现合束。

优选地，任意波形信号发生器加载第一频率声波时，进入第一光支路的具有声光合束/分束器o偏振态的光束，经过声光合束/分束器发生偏转，形成具有声光合束/分束器e偏振态的光束进入腔体光干路。

优选地，具有声光合束/分束器o偏振态光束进入腔体光干路，声光合束/分束器交替加载第一频率和第二频率的声波，经声光合束/分束器的光束交替进入第一光支路和第二光支路。

优选地，具有声光合束/分束器o偏振态光束进入腔体光干路，同时加载在声光合束/分束器上的第一频率和第二频率的声波功率不相等时，进入第一光支路的光束与进入第二光支路的光束能量占比不同。

优选地，偏振控制器为布鲁斯特片。

优选地，声光合束/分束器为氧化碲晶体。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

(1)本发明提供的基于声光效应的激光再生放大器，具有三个脉冲输入输出端口，根据控制声光合束/分束器上加载特定频率的声波，可以实现不同的端口输入与输出，功能实现灵活多变，且解决了现有再生放大器外部需设置偏振控制器以防止光脉冲原路返回的问题。

(2)本发明利用声光合束/分束器，光脉冲能量可分离至第一光支路和第二光支路中各自进行再生放大，输出时再将两支路光脉冲合为一个光脉冲，整个过程相当于实现了在高重复频率的条件下提升了光脉冲的作用。

附图说明

图1是实施例1提供的一种基于声光效应的光脉冲再生放大器；

图2是实施例2提供的一种基于声光效应的光脉冲再生放大器；

图3是实施例3提供的一种基于声光效应的光脉冲再生放大器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种基于声光效应的激光再生放大器，包括：激光再生放大腔体、声光合束/分束器、任意波形信号发生器、第一激光工作模块和第二激光工作模块；

工作状态下，任意波形信号发生器将第一声波和第二声波加载在声光合束/分束器后，光束经过声光合束/分束器发生声光相互作用形成“y”字型光路；激光再生放大腔体包括第一反射镜，第二反射镜和第三反射镜，“y”字型光路包括腔体光干路、第一光支路和第二光支路；激光再生放大腔体的第一反射镜位于腔体光干路的一端，第二反射镜位于第一光支路的另一端；第三反射镜位于第二光支路的另一端；第一光支路的一端、第二光支路的一端和腔体光干路的另一端构成节点；声光合束/分束器位于节点处；声光合束/分束器与第二反射镜之间的距离和声光合束/分束器与第三反射镜之间的距离相等；第一激光工作模块位于声光合束/分束器与第二反射镜之间；第二激光工作模块位于声光合束/分束器与第三反射镜之间；

激光再生放大腔体用于通过提供激光往返路径实现激光放大；声光合束/分束器加载声波，光束经过声光合束/分束器与声波发生声光作用，实现合束或分束；任意波形信号发生器用于将第一频率或第二频率的声波加载在声光合束/分束器上，控制光束的传输方向；第一激光工作模块和第二激光工作模块用于对光束增益放大；

其中，在腔体光干路上传输的光束具有声光合束/分束器件的e偏振态；在第一光支路和第二光支路上传输的光束具有声光合束/分束器件的o偏振态。

优选地，基于声光效应的激光再生放大器还包括偏振控制器，放置于腔体光干路；或腔体光干路、第一光支路和第二光支路；或第一光支路和第二光支路；放置于所述腔体光干路的偏振控制器用于透过具有声光合束/分束器的e偏振态的光束；放置于所述腔体光支路的偏振控制器用于透过具有声光合束/分束器的o偏振态的光束。

优选地，任意波形信号发生器加载第一频率声波和第二频率声波时，具有声光合束/分束器e偏振态的光束进入腔体光干路，经声光合束/分束器后产生偏转角不同的两束具有声光合束/分束器o偏振态衍射光分别进入第一光支路和第二光支路，实现分束。

优选地，任意波形信号发生器加载第一频率声波和第二频率声波时，具有声光合束/分束器o偏振态的两光束分别进入第一光支路和第二光支路，经声光合束/分束器后，在腔体光干路上形成一束具有声光合束/分束器e偏振态的光束，实现合束。

优选地，任意波形信号发生器加载第一频率声波时，进入第一光支路的具有声光合束/分束器o偏振态的光束，经过声光合束/分束器发生偏转，形成具有声光合束/分束器e偏振态的光束进入腔体光干路。

优选地，具有声光合束/分束器o偏振态光束进入腔体光干路，声光合束/分束器交替加载第一频率和第二频率的声波，经声光合束/分束器的光束交替进入第一光支路和第二光支路。

优选地，具有声光合束/分束器o偏振态光束进入腔体光干路，同时加载在声光合束/分束器上的第一频率和第二频率的声波功率不相等时，进入第一光支路的光束与进入第二光支路的光束能量占比不同。

优选地，偏振控制器为布鲁斯特片。

优选地，声光合束/分束器为氧化碲晶体。

实施例1

图1为实施例1提出的一种基于声光效应的光脉冲再生放大器，包括激光再生放大腔体，氧化碲声光合束/分束器，布鲁斯特偏振片，nd:yag激光工作物质；

其中，①为全反镜；②为声光合束/分束器；③为任意波形信号发生器；④为布鲁斯特偏振片(第一光支路，第二光支路均放置)；⑤为nd:yag激光工作物质(第一光支路，第二光支路均放置)；⑥为全反镜(第一光支路，第二光支路均放置)；

激光再生放大腔体基本结构为“y”字型，即光束进入激光再生放大腔体后存在腔体光干路，第一光支路和第二光支路三个部分，第一光支路和第二光支路的相同长度以实现分束光脉冲的同步放大；三个光路的夹角由声光合束/分束器件工作状态决定，构成激光谐振腔体所用的均为全反镜；

氧化碲声光合束/分束器位于激光腔体“y”字型节点的位置；

布鲁斯特片位于第一光支路和第二光支路，且允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器o偏振态的光束；

进一步地，布鲁斯特片也可位于腔体光干路，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器的e偏振态的光束；

进一步地，布鲁斯特片可位于腔体光干路的光束侧的外部，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器e偏振态的光束；

nd:yag激光工作物质位于第一光支路和第二光支路，激光工作物质相同以保证同步放大；

此时激光再生放大腔体存在三个端口，腔体光干路入腔端口1，第一光支路出腔端口2和第二光支路出腔端口3；

脉冲入腔状态时，氧化碲声光合束/分束器处于未工作状态，不加载频率声波，光脉冲经过氧化碲声光合束/分束器不发生偏转，进入激光再生放大腔体光干路，且光脉冲为氧化碲晶体的e偏振光；

脉冲进入腔体后，进入脉冲放大状态，氧化碲声光合束/分束器加载第一频率f1以及第二频率f2的声波，光脉冲经腔体光干路侧全反镜反射后经过氧化碲声光合束/分束器，实现光脉冲能量的平分，一部分能量光脉冲进入第一光支路，另一部分能量光脉冲进入第二光支路，两部分光脉冲分别在各自光支路上与nd:yag激光工作物质相互作用实现能量放大，当光脉冲再次通过氧化碲声光合束/分束器时，光脉冲合束，完成一次往返，多次往返实现再生放大；

当光脉冲能量放大到一定程度，进入光脉冲出腔状态，光脉冲进入腔体光干路，氧化碲声光合束/分束器仅仅加载第一频率f1的声波，光脉冲经腔体光干路侧的全反镜反射后再次经过氧化碲声光合束/分束器时，光脉冲全部偏转到第一光支路传输，光脉冲经过第一光支路侧的平面反射镜后再次通过氧化碲声光合束/分束器，此时氧化碲声光合束/分束器为未工作转态，不加载声波，光脉冲通过氧化碲声光合束/分束器不产生偏转，实现光脉冲从第一光支路端口2输出；

进一步地，在光脉冲放大状态时，氧化碲声光合束/分束器件加载第一频率f1以及第二频率f2的声波，两个频率声波功率不相同，从而控制进入腔体各支路的能量占比，实现光脉冲能量的分配；

进一步地，在光脉冲放大状态时，光脉冲每次往返放大进入腔体光干路时，声光合束/分束器交替加载第一频率f1，第二频率f2的声波，以实现光脉冲交替进入第一光支路和第二光支路，为两条支路的激光工作物质的泵浦提供充足的时间；

可选择地，在光脉冲出腔状态时，光脉冲进入腔体光干路，此时氧化碲声光合束/分束器仅仅加载第一频率f2的声波，光脉冲经光干路全反镜反射后再次经过氧化碲声光合束/分束器时，光脉冲全部偏转到第二光支路传输，光脉冲经过第二光支路全反镜反射后再次通过氧化碲声光合束/分束器，此时氧化碲声光合束/分束器为未工作转态，不加载声波，光脉冲通过氧化碲声光合束/分束器不产生偏转，实现光脉冲从第二光支路端口3输出。

实施例2

图2为实施例2提供的一种基于声光效应的光脉冲再生放大器，包括激光再生放大腔体，氧化碲声光合束/分束器，布鲁斯特偏振片，nd:yag激光工作物质；

其中，①为全反镜；②为声光合束/分束器；③为任意波形信号发生器；④为布鲁斯特偏振片(第一光支路，第二光支路均放置)；⑤为nd:yag激光工作物质(第一光支路，第二光支路均放置)；⑥为全反镜(第一光支路，第二光支路均放置)；

激光再生放大腔体基本结构为“y”字型，即光束进入激光再生放大腔体后存在腔体光干路，第一光支路和第二光支路三个部分，第一光支路和第二光支路的相同长度以实现分束光脉冲的同步放大；三个光路的夹角由声光合束/分束器件工作状态决定，构成激光谐振腔体所用的均为全反镜；

氧化碲声光合束/分束器位于激光腔体“y”字型节点的位置；

布鲁斯特片位于第一光支路和第二光支路，且允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器o偏振态的光束；

进一步地，布鲁斯特片也可位于腔体光干路，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器的e偏振态的光束；

进一步地，布鲁斯特片可位于第一光支路端口2的外部，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器o偏振态的光束；

nd:yag激光工作物质位于第一光支路和第二光支路，激光工作物质相同以保证同步放大；

此时激光再生放大腔体存在三个端口，腔体光干路出腔端口1，第一光支路入腔端口2和第二光支路出腔端口3；

光脉冲入腔状态时，氧化碲声光合束/分束器处于未工作状态，不加载频率声波，此时光脉冲从第一光支路端口2经过氧化碲声光合束/分束器不发生偏转，进入激光再生放大腔体第一光支路，且脉冲偏振为氧化碲晶体的o光，当光脉冲经过第一光支路侧的全反镜反射后经过氧化碲声光合束/分束器，该氧化碲声光合束/分束器加载第一频率f1的声波，光脉冲发生偏转，进入腔体光干路，且光脉冲为氧化碲晶体的e偏振光；

光脉冲第一次进入腔体光干路后，进入脉冲放大状态，氧化碲声光合束/分束器件加载第一频率f1以及第二频率f2的声波，光脉冲经腔体光干路侧的全反镜反射后经过氧化碲声光合束/分束器，实现光脉冲能量的平分，一部分能量脉冲进入第一光支路，另一部分能量脉冲进入第二光支路，两部分光脉冲分别在各自支路上与nd:yag激光工作物质相互作用实现能量放大，当光脉冲再次通过氧化碲声光合束/分束器时，光脉冲合束，完成一次往返，多次往返实现再生放大；

当光脉冲能量放大到经计算后的一定程度，进入脉冲出腔状态，此时光脉冲进入腔体光干路，此时氧化碲声光合束/分束器处于未工作状态，不加载声波，光脉冲经腔体光干路侧全反镜反射后再次经过氧化碲声光合束/分束器时，光脉冲从腔体光干路输出，完成再生放大过程；

进一步地，在脉冲放大状态时，氧化碲声光合束/分束器加载第一频率f1以及第二频率f2的声波，两个频率声波功率不相同，从而控制进入腔体每支路的能量占比，实现光脉冲能量的分配；

进一步地，在光脉冲放大状态时，光脉冲每次往返放大进入腔体光干路时，声光合束/分束器交替加载第一频率f1，第二频率f2的声波，以实现光脉冲交替进入第一光支路和第二光支路，为两条支路的激光工作物质的泵浦提供充足的时间；

可替换地，在光脉冲出腔状态时，光脉冲进入腔体光干路，氧化碲声光合束/分束器仅仅加载第二频率f2的声波，光脉冲经腔体光干路侧的全反镜反射后再次经过氧化碲声光合束/分束器时，光脉冲全部偏转到第二光支路传输，光脉冲经过第二光支路侧的全反镜反射后再次通过氧化碲声光合束/分束器，此时该氧化碲声光合束/分束器为未工作转态，不加载声波，光脉冲通过氧化碲晶体不产生偏转，实现光脉冲从第二光支路出腔端口3输出。

实施例3

图3为实施例3提供的一种基于声光合束技术的光脉冲再生放大器，包括激光再生放大腔体，氧化碲声光合束/分束器，布鲁斯特偏振片，nd:yag激光工作物质；

其中，①为全反镜；②为声光合束/分束器；③为任意波形信号发生器；④为布鲁斯特偏振片(第一光支路，第二光支路均放置)；⑤为nd:yag激光工作物质(第一光支路，第二光支路均放置)；⑥为全反镜(第一光支路，第二光支路均放置)；

激光再生放大腔体基本结构为“y”字型，即光束进入激光再生放大腔体后存在腔体光干路，第一光支路和第二光支路三个部分，第一光支路和第二光支路的相同长度以实现分束光脉冲的同步放大；三个光路的夹角由声光合束/分束器件工作状态决定，构成激光谐振腔体所用的均为全反镜；

氧化碲声光合束/分束器位于激光腔体“y”字型节点的位置；

布鲁斯特片位于第一光支路和第二光支路，且允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器o偏振态的光束；

进一步地，布鲁斯特片也可位于腔体光干路，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器的e偏振态的光束；

进一步地，布鲁斯特片可位于第一光支路窗口或第二光支路窗口(需为光脉冲入腔的光支路端口)的外部，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器o偏振态的光束；

nd:yag激光工作物质位于第一光支路和第二光支路，激光工作物质相同以保证同步放大；

此时激光再生放大腔体存在三个端口，腔体光干路出腔端口1，第一光支路出腔端口2和第二光支路入腔端口3；

光脉冲入腔状态时，氧化碲声光合束/分束器处于未工作状态，不加载频率声波，此时光脉冲从第二光支路入腔端口3经过氧化碲声光合束/分束器件不发生偏转，进入激光再生放大腔第二光支路且脉冲偏振为氧化碲晶体的o光，当光脉冲经过第二光支路侧的全反镜反射后经过氧化碲声光合束/分束器，此时氧化碲声光合束/分束器加载第二频率f2的声波，光脉冲发生偏转，进入腔体光干路，且光脉冲为氧化碲晶体的e偏振光；

光脉冲第一次进入腔体光干路后，进入光脉冲放大状态，氧化碲声光合束/分束器件加载第一频率f1以及第二频率f2的声波，光脉冲经腔体光干路侧的全反镜反射后经过氧化碲声光合束/分束器，实现光脉冲能量的平分，一部分能量光脉冲进入第一光支路，另一部分能量光脉冲进入第二光支路，两部分光脉冲分别在各自支路上与nd:yag激光工作物质相互作用实现能量放大，当光脉冲再次通过氧化碲声光合束/分束器时，光脉冲合束，完成一次往返，多次往返实现再生放大；

当光脉冲能量放大到经计算后的一定程度，进入光脉冲出腔状态，光脉冲进入腔体光干路，氧化碲声光合束/分束器处于未工作状态，不加载声波，光脉冲经腔体光干路侧全反镜反射后再次经过氧化碲声光合束/分束器时，光脉冲从腔体光干路输出，完成再生放大过程；

进一步地，在光脉冲放大状态时，氧化碲声光合束/分束器加载第一频率f1以及第二频率f2的声波，两个频率声波功率不相同，从而控制进入腔体每光支路的能量占比，实现光脉冲能量的分配；

进一步地，在光脉冲放大状态时，光脉冲每次往返放大进入腔体光干路时，声光合束/分束器交替加载第一频率f1，第二频率f2的声波，以实现光脉冲交替进入第一光支路和第二光支路，为两条支路的激光工作物质的泵浦提供充足的时间；

可选择地，在光脉冲出腔状态时，光脉冲进入腔体光干路，氧化碲声光合束/分束器仅仅加载第一频率f1的声波，光脉冲经腔体光干路侧全反镜反射后再次经过氧化碲声光合束/分束器时，光脉冲全部偏转到第一光支路传输，光脉冲经过第一光支路侧全反镜反射后再次通过氧化碲声光合束/分束器，此时氧化碲声光合束/分束器为未工作转态，不加载声波，光脉冲通过氧化碲晶体不产生偏转，实现光脉冲从第一光支路端口2输出。

综上所述，本发明提供的基于声光效应的激光再生放大器，具有三个脉冲输入输出端口，根据控制声光合束/分束器上加载特定频率的声波，可以实现不同的端口输入与输出，功能实现灵活多变，且解决了现有再生放大器外部需设置偏振控制器以防止光脉冲原路返回的问题。

本发明利用声光合束/分束器，光脉冲能量可分离至第一光支路和第二光支路中各自进行再生放大，输出时再将两支路光脉冲合为一个光脉冲，整个过程相当于实现了在高重复频率的条件下提升了光脉冲能量的作用。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。