消回光防自激振荡角度阵列式增益模块及激光放大装置的制作方法

本发明涉及高能激光，尤其是一种消回光防自激振荡角度阵列式增益模块及激光放大装置。

背景技术：

1、短脉冲大能量固体激光器以其输出脉冲能量大、峰值功率高、可靠性高、使用寿命长的优势，广泛应用于工业、医疗、科研、国防等领域。随着工业加工、军事国防等领域对激光器的需求增加，对激光器的输出能量、光束质量、体积和重量等指标提出了更高的要求。常规的固体激光器结构，如薄片激光器、板条激光器等，已经很难在功率体积（重量）比上满足新的需求。同时，热管理是影响激光器功率、效率以及体积重量等指标的关键因素。随着激光器输出功率的提高，对热管理的要求更是进一步的提高。固体激光器常规的热沉式散热方式已经逐渐不能满足大能量激光器高效、快速散热的要求。同时常规固体激光器难以同时在储能、激光放大口径、系统小型化等同时满足多方面需求。因此，需要设计新型的固体激光器散热方式、激光放大方式，开发新型的可实现紧凑化的固体激光器。

2、直接液冷是一种有效的热管理方式，将激光增益介质直接浸泡在冷却液中，通过液体的流动直接带走介质热量，从而实现快速、高效的热管理。在这种高效热管理的支撑下，可以将多片增益介质进行阵列式排列，实现分布式增益。这种增益方式的优点是可以在降低单片增益介质产热率的同时在单位体积内获得极高的增益，实现激光器的紧凑化、小型化。美国专利号us7366211b2公开了一种液体直接冷却的激光器，所述激光装置是一个将多片介质置于液体中，单通侧泵浦的方式实现激光输出，这是一种新的激光器设计思路。

3、为了实现直接液冷激光装置的小型化和规避双色镜等因素，通常采用增益介质阵列式分布而激光正入射的透射式通光的方式，但是这种方式常会由于增益介质的剩余反射而产生回光，这种回光一方面经过放大后对种子源等前级造成毁伤影响、同时也会导致自激振荡产生而消耗大量的上能级粒子，从而影响整个系统的安全性和输出特性。因此，有必要设计一种既可保留口径大且结构简单等优势、又能消回光防自激振荡的直接液冷激光装置。

技术实现思路

1、本发明的发明目的在于：针对现有技术中存在的上述缺陷和不足，本发明提供了一种消回光防自激振荡角度阵列式增益模块和激光放大装置，通过增益介质的角度优选以及特殊荧光吸收材料对荧光的吸收消除回光并有效防止自激振荡，保证了系统的紧凑化以及定标放大能力。

2、一方面，本发明提供了一种消回光防自激振荡角度阵列式增益模块，其特征在于，所述消回光防自激振荡角度阵列式增益模块包含复合增益介质晶体、激光冷却液、特殊泵浦光通光窗口、主激光窗口；所述特殊泵浦光通光窗口主要作用为使泵浦光完全透射，同时吸收所述复合增益介质晶体产生的沿泵浦方向的荧光以及可能经复合增益介质晶体反射的回光；所述主激光窗口主要用于使主激光高透射；所述复合增益介质晶体根据角度选择关系形成阵列，并用于实现光瞳的补偿。

3、另一方面，本发明还提供了一种消回光防自激振荡角度阵列式激光放大装置，所述激光放大装置包括至少一个前述的消回光防自激振荡角度阵列式增益模块、泵浦源、发散型光束整形器、会聚型光束整形器。其中，一台泵浦源发出泵浦光经过发散型光束整形器形成发散光斑入射到消回光防自激振荡角度阵列式增益模块i的窄端、另一台泵浦源发出泵浦光经过会聚型光束整形器形成会聚光斑入射到消回光防自激振荡角度阵列式增益模块的宽端，两束泵浦光经过复合增益介质晶体的吸收后获得激光增益。

4、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

5、1、与现有技术相比，本发明提供的消回光防自激振荡角度阵列式增益模块重点采用了角度选择与荧光吸收相结合的方式，有效管控可能产生的回光并进行消除，基本杜绝了所有可以产生自激振荡的路径和方式，有效抑制了激光模块中的自激振荡。

6、2、本发明提供的消回光防自激振荡角度阵列式激光放大装置具有增益介质阵列式排布的设置，增加了系统的紧凑性；同时采用透射式的光路，减小了系统的复杂性；此外，增益介质口径大，降低了激光功率密度，减小了增益介质损伤几率，提高系统鲁棒性。

7、3、本发明提供的消回光防自激振荡角度阵列式激光放大装置具有热管理均匀、同时面泵浦可实现均匀的产热，热致像差较小，保证了输出激光具有较好的光束质量。

技术特征：

1.一种消回光防自激振荡角度阵列式增益模块，其特征在于，所述消回光防自激振荡角度阵列式增益模块(i)包含复合增益介质晶体(1)、激光冷却液(2)、特殊泵浦光通光窗口(3)、主激光窗口(4)；所述特殊泵浦光通光窗口(3)主要作用为使泵浦光（10）完全透射，同时吸收所述复合增益介质晶体（1）产生的沿泵浦方向的荧光以及经复合增益介质晶体（1）反射的回光；所述主激光窗口(4)主要用于使主激光高透射；所述复合增益介质晶体(1)根据角度选择关系形成阵列，并用于实现光瞳的补偿。

2.根据权利要求1所述的一种消回光防自激振荡角度阵列式增益模块，其特征在于，所述复合增益介质晶体（1）为板条结构，由增益介质（12）、流场恢复段荧光吸收介质（11）和来流匀化段荧光吸收介质（13）组成，所述流场恢复段荧光吸收介质（11）和来流匀化段荧光吸收介质（13）用于吸收增益介质（12）沿冷却液流动方向（14）产生的荧光。

3.根据权利要求1所述的一种消回光防自激振荡角度阵列式增益模块，其特征在于，所述主激光窗口(4)位于复合增益介质晶体(1)阵列的两端，所述特殊泵浦光通光窗口(3)位于复合增益介质晶体(1)阵列的两侧。

4.根据权利要求2所述的一种消回光防自激振荡角度阵列式增益模块，其特征在于，在消回光防自激振荡角度阵列式增益模块(i)内，任意一块复合增益介质晶体(1)与特殊泵浦光通光窗口(3)之间的夹角α为45°，相邻两片复合增益介质晶体(1)的夹角为90°。

5.根据权利要求1所述的一种消回光防自激振荡角度阵列式增益模块，其特征在于，所述复合增益介质晶体(1)的数量为偶数。

6.根据权利要求1所述的一种消回光防自激振荡角度阵列式增益模块，其特征在于，通过消回光防自激振荡角度阵列式增益模块（i）中阵列排布的复合增益介质晶体（1）阵列与具备荧光吸收功能的特殊泵浦光通光窗口(3)的共同作用，实现消回光防自激振荡。

7.根据权利要求1所述的一种消回光防自激振荡角度阵列式增益模块，其特征在于，激光冷却液（2）在特殊泵浦光通光窗口(3)与复合增益介质晶体(1)之间的流道流动，实现对主激光窗口（4）进行冷却；此外激光冷却液(2)经过两片复合增益介质晶体（1）与特殊泵浦光通光窗口(3)之间的三角形流道对复合增益介质晶体(1)和特殊泵浦光通光窗口(3)的产热进行冷却。

8.一种消回光防自激振荡角度阵列式激光放大装置，其特征在于，所述激光放大装置包括至少一个如权利要求1-7中任一所述的消回光防自激振荡角度阵列式增益模块（i）、泵浦源（7）、发散型光束整形器(8)、会聚型光束整形器(9)。

9.根据权利要求8所述的一种消回光防自激振荡角度阵列式激光放大装置，其特征在于，一台泵浦源(7)发出泵浦光(10)经过发散型光束整形器(8)形成发散光斑入射到消回光防自激振荡角度阵列式增益模块(i)的窄端、另一台泵浦源(7)发出泵浦光(10)经过会聚型光束整形器(9)形成会聚光斑入射到消回光防自激振荡角度阵列式增益模块(i)的宽端，两束泵浦光（10）经过复合增益介质晶体(1)的吸收后获得激光增益。

10.根据权利要求9所述的一种消回光防自激振荡角度阵列式激光放大装置，其特征在于，对每一片复合增益介质晶体(1)镀相应角度的液相环境增透膜；对于复合增益介质晶体(1)镀增透膜后的剩余反射，由于复合增益介质晶体(1)与主激光的角度为45°，主激光在复合增益介质晶体（1）表面产生的剩余反射回光直接照射到特殊泵浦光通光窗口(3)，该特殊泵浦光通光窗口(3)将剩余反射回光完全吸收；对于沿冷却液流动方向（14）产生的荧光，则通过流场恢复段荧光吸收介质（11）和来流匀化段荧光吸收介质（13）吸收，防止在复合增益介质晶体（1）内产生自激振荡效应。

技术总结
本发明公开了一种消回光防自激振荡角度阵列式增益模块及激光放大装置，涉及高能激光技术领域。该消回光防自激振荡角度阵列式增益模块包含复合增益介质晶体、激光冷却液、特殊泵浦光通光窗口、主激光窗口；所述复合增益介质晶体根据角度选择关系形成阵列，并用于实现光瞳的补偿，与具备荧光吸收功能的特殊泵浦光通光窗口共同作用，实现消回光防自激振荡。本发明改进了复合增益介质晶体阵列式排布，增加了系统的紧凑性；同时采用透射式的光路，减小了系统的复杂性；此外增益介质口径大，降低了激光功率密度，减小了增益介质损伤几率，提高系统鲁棒性，热管理均匀，同时面泵浦可实现均匀的产热，热致像差较小，保证了输出激光具有较好的光束质量。

技术研发人员：易家玉,王君涛,周唐建,尚建力,曹海霞,熊春龙,高清松
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院应用电子学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16