新型棒状激光放大器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高功率固体激光器技术领域，具体而言，涉及新型棒状激光放大器。
【背景技术】
[0002] 近几十年里，高功率固体激光器技术取得了飞速的发展，许多国家先后建立了超 大规模的激光驱动器。作为中、高功率水平的激光驱动器中的重要组成部分，棒状激光放大 器因其超高的能量/功率放大能力而得到广泛研究。到目前为止，棒状激光放大器的输出 能量在数毫焦到数百焦耳水平，单程增益倍数在几到几十范围内。目前由于单级单程棒状 放大器的放大能力始终是非常有限的，难以满足系统对输出能量的要求，因此棒状放大器 均采用口径变化的多级棒状放大器或单级多程棒状放大器组成。但考虑到单级多程棒状放 大器对光束波前畸变的严重影响和设计复杂度，同时为了提高整个系统的能量提取效率， 口径变化的多级棒状放大器成为研究热点。
[0003] 在口径变化的多级棒状放大器设计中，末级大口径棒状放大器设计是非常困难 的，这主要是因为增加棒状增益介质的口径会带来下面几个问题。
[0004] 第一，棒状增益介质口径越大，增益介质的体积越大，所需要的栗浦能量越多，因 此对氙灯的输出能力提出了很高的要求；
[0005] 第二，增加增益介质的口径会带来非常差的增益均匀性，从而产生严重的波前畸 变；
[0006] 第三，增益介质的口径越大，放大器工作过程中在增益介质横截面上的温度梯度 分布越明显，这种温度分布会导致严重的热应力和热致双折射，进一步影响激光光束的波 、r ' 刖。
[0007] 因此，棒状激光放大器的性能有待进一步提高，尤其需要一种增益均匀性好，热管 理好的大口径棒状激光放大器。
【发明内容】
[0008] 针对上述现有技术中存在的问题，从激光放大器的增益能力、增益均匀性和效率 出发，本发明提供新型棒状激光放大器，其具体的技术方案如下：
[0009] 新型棒状激光放大器，其包括腔体1，所述腔体1由下方的支撑件7支撑；所述腔 体1为柱形结构，腔体1设置进水口 5和出水口 6 ;腔体1中心轴线方向上设置直径为78~ 82mm的棒状增益介质4 ;与腔体1中心轴线平行的轴线方向上由内向外依次设置有氙灯组 与反射器2。
[0010] 进一步，所述氙灯组由8支相对腔体轴心线呈圆形对称分布的氙灯3组成；所述8 支氙灯串联成一个回路。
[0011] 进一步，所述氙灯3的氙灯的外径是35~39mm，内径是30~32mm。
[0012] 进一步，所述棒状增益介质4中心轴线与氙灯3中心轴线之间的距离为66. 5mm。
[0013] 进一步，所述反射器2由两块相同的半圆柱形反射器拼起来构成，拼接部分留有 缝隙，反射器的内表面镀有金膜。
[0014] 进一步，所述棒状增益介质4为钕玻璃棒。
[0015] 本发明的有益效果如下：
[0016] 1、相比于现有棒状放大器，本发明中根据现有工艺水平，采用直径大的氙灯作为 栗浦源，在相同氙灯数量的情况下，极大提高了氙灯的栗浦能量密度，从而提高了棒状增益 介质的增益能力。
[0017] 2、本发明采用氙灯对称分布和圆柱形反射器的结合，提高了棒状增益介质上的增 益均匀性，减小了由于增益分布不均匀性带来的波前畸变。
[0018] 3、本发明采用全腔水冷，让氙灯和增益介质直接放置于水中，能提高散热能力，减 小了热应力和热致双折射对光束质量的影响。
[0019] 4、本发明从效率和增益能力出发，通过合理设计氙灯组的数目、排布和供电参数， 保证了放大器的增益能力，同时系统的能量利用率很高。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的新型棒状激光放大器的结构示意图；
[0021] 图2为本发明的新型棒状激光放大器的轴向截面图。
[0022] 图中标号含义：
[0023] 1 :腔体；2 :反射器；3 :氙灯；4 :棒状增益介质；5 :进水口；6 :出水口；7 :支撑件。
【具体实施方式】
[0024] 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。
[0025] 实施例1 :
[0026] 本实施例如图1所示，新型棒状激光放大器，包括腔体1、反射器2、氙灯3、棒状增 益介质4、进水口 5、出水口 6和支撑件7。整个系统呈现出圆柱形结构。各组件的位置关系 是，棒状增益介质4位于圆柱形腔体1轴心线方向排布，从圆柱形腔体1的轴心线往外依次 是反射器2和氙灯3。腔体1还设置进水口 5与出水口 6。冷却水从进水口 5进入，对激光 放大器冷却后从出水口 6流出，整个结构固定在支撑件7上面。
[0027] 本实施例的一个优选方案如图2所示，8支氙灯3中心均匀排布在钕玻璃棒3的同 心圆上，氙灯3之间的距离和角度相同。
[0028] 此外，棒状增益介质4中心轴线与氙灯3中心轴线之间的距离优选设置66. 5mm。
[0029] 反射器2由两块完全相同的半圆柱形反射器拼接构成，拼接部分留有缝隙，保证 冷却水能渗透进入和渗透出反射器2，反射器的内表面优选镀有金膜。
[0030] 冷却水从进水口 5进入，并通过圆柱形反射器的缝隙扩散到整个腔体，与钕玻璃 棒和氙灯直接接触，对激光放大器冷却后从出水口 6流出。
[0031] 在本实施例中，棒状增益介质4为钕玻璃棒，钕玻璃棒和氣灯的参数如下：
[0032]
[0034] 对于棒状激光放大器而言，小信号增益系数、增益均匀性和增益倍数是很重要的 几个参数，各个参数的定义如下：
[0036] 其中，g。是小信号增益系数，α是吸收系数，L是增益棒的长度，I ιη是输入激光能 量，Iciut是输出激光能量。
[0037] 增益倍数定义为输出能量与输入能量的比值，即
[0038] -般而言，由于钕玻璃板存在一定厚度，因此氙灯光照射到钕玻璃棒上会产生一 定的能量密度分布梯度，边缘分布较高，中心较低，这里增益均匀性定义为钕玻璃棒中心增 益与边缘增益的比值。
[0039] 根据本实施例，得到的棒状激光放大器的小信号增益系数、增益均匀性和增益倍 数如下：
[0041] 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。
【主权项】
1. 新型棒状激光放大器，其特征在于：包括腔体（I)，所述腔体（1)由下方的支撑件 (7)支撑；所述腔体⑴为柱形结构，腔体⑴设置进水口（5)和出水口（6);腔体⑴中心 轴线方向上设置直径为78~82mm的棒状增益介质（4);与腔体（1)中心轴线平行的轴线 方向上由内向外依次设置有氙灯组与反射器（2)。2. 根据权利要求1所述的新型棒状激光放大器，其特征在于：所述氙灯组由8支相对 腔体轴心线呈圆形对称分布的氙灯（3)组成；所述8支氙灯串联成一个回路。3. 根据权利要求2所述的新型棒状激光放大器，其特征在于：所述氙灯（3)的氙灯的 外径是35~39mm，内径是30~32mm〇4. 根据权利要求1所述的新型棒状激光放大器，其特征在于：所述棒状增益介质（4) 中心轴线与氙灯（3)中心轴线之间的距离为66. 5mm。5. 根据权利要求1所述的新型棒状激光放大器，其特征在于：所述反射器（2)由两块 相同的半圆柱形反射器拼起来构成，拼接部分留有缝隙，反射器的内表面镀有金膜。6. 根据权利要求1所述的新型棒状激光放大器，其特征在于：所述棒状增益介质（4) 为钕玻璃棒。
【专利摘要】本发明提供新型棒状激光放大器，包括腔体1，所述腔体1由下方的支撑件7支撑；所述腔体1为柱形结构，腔体1中心轴线方向上设置直径为78～82mm的棒状增益介质4；与腔体1中心轴线平行的轴线方向上由内向外依次设置有氙灯组与反射器2。本发明采用直径相对较大的氙灯作为泵浦源，极大提高了氙灯的泵浦能量密度，从而提高了棒状增益介质的增益能力；同时，通过合理设计氙灯组的数目、排布和供电参数，保证了增益介质表面上氙灯光辐射的均匀性；将反射器设计为柱形结构，工艺简单同时反射均匀性好。
【IPC分类】H01S3/093, H01S3/092, H01S3/042
【公开号】CN105244743
【申请号】CN201510747119
【发明人】陈林, 陈远斌, 姚轲, 刘建国, 贺少勃, 刘勇, 谢旭东, 范琛, 高松, 唐军, 卢振华, 朱启华, 胡东霞, 郑奎兴, 粟敬钦
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年11月5日