[发明专利]一种基于受激布里渊散射的非共线串行组束装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光的串行组束装置，属于光学领域。

背景技术

激光组束是一种通过对多束小能量、低功率激光进行合成来获取大能量、高功率激光输出的技术手段。目前在大能量、高功率激光器方面应用的多为固体脉冲激光器，现有的组束方法中，在固体脉冲激光器方面多是利用非线性光学相位共轭原理来实现。非线性光学相位共轭原理并行组束中主要的一种就是受激布里渊散射(SBS，是一种将前向传输光信号的光功率转移给后向散射光和声子场的非线性效应)相位共轭并行组束。在固体脉冲激光器应用方面，SBS相位共轭并行组束主要分为重叠耦合并行组束、后向注入种子光并行组束(引自文献《受激布里渊散射相位共轭组束的研究现状和发展前景》，丁迎春，吕志伟，赵晓彦等著.激光与光电子学进展，2000，37(5)：7-12)和独立介质池并行组束。

重叠耦合并行组束和后向注入种子光并行组束由于都是把多束激光聚焦在同一个介质池中，系统的负载集中，在光束数较多时，介质池中的激光能量过高，会带来其他的非线性效应，并且会打坏介质。因此具有系统的负载不高，SBS后向反射率较低的缺点。

图3给出了SBS重叠耦合结构(100)并行组束的原理图。从激光器(101)输出的激光被偏振分束板(PBS)(102)分为两束，其中一束s波通过45°全反镜(103)后通过增益介质(108)放大，然后经四分之一波片(简称QW)(104)后通过聚焦透镜(106)进入介质池(107)。另一束p波经过增益介质(109)放大，然后经QW(105)后通过聚焦透镜(106)进入介质池(107)。两束光在介质池(107)中由于具有相同的声波场从而实现两束光的相位锁定。通过SBS原理后向散射后，s波经QW(104)后变为p波，然后通过增益介质(108)经全反镜(103)反射后通过PBS(102)透射输出；p波经QW(105)后变为s波，然后通过增益介质(109)后经PBS(102)r反射输出。由于双光束在介质中的重叠耦合相位锁定，输出的激光为相干合成输出。从图3可以看出，由于重叠耦合结构(100)中多束激光聚焦在同一个介质池中，会使系统的负载集中，在光束数较多时，介质池中的激光能量过高，会带来其他的非线性效应，甚至会打坏介质。

SBS重叠耦合并行组束是通过两束光在介质池中相互耦合实现光束相位的锁定，受两光束在介质池中的重叠位置，光束间距等影响较大，而且反射率不高。在此基础上，人们提出了后向注入种子光并行组束模型。图4给出了SBS后向注入种子光结构(200)并行组束的基本原理。从激光器中分出的另外一束光产生通过与介质池(208)中同样的介质来产生一束种子光(209)，会聚在介质池(208)中的两束光通过外部引出的种子光209来实现相位的锁定。用于组束的两束光的传输过程与图3中一致。图4中201为PBS，202为45°全反镜，203、204为增益介质，205、206为QW，207为聚焦透镜.。利用后向注入种子光结构(200)进行组束的方法，两束光的相位锁定实质上是对种子光相位信息的再现，是种子光的放大过程，不是相位共轭过程。同样这种方法也存在系统负载集中的问题。

针对前两种方法负载不高的特点，韩国KAIST大学的Hong Jin Kong提出了独立介质池SBS并行组束(Hong Jin Kong，Seong Ku Lee，Dong Won Lee.Beam combined laser fusion driver with high power and high repetition rate usingstimulated Brillouin scattering phase conjugation mirrors and self-phase-locking.Laser and Particle Beams，2005，23：55-59)，其特点是，每个子光束采用一个独立的介质池来实现相位共轭，使系统的负载分散，但由于各独立介质池之间的无关，因此需要对每个子光束的能量进精确的控制。但是，由于此种方法是通过控制激光束的能量水平来控制声波场的产生时间，因此对光束的能量稳定性要求很高。