[发明专利]高功率激光衍射型空间滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学空间滤波装置，特别是一种适用于高功率激光脉冲的衍射型低通滤 波装置。

背景技术

针孔滤波器是最常用的空间滤波器之一。它利用透镜的傅立叶变换功能，使入射光束中 的低阶模、高阶模在频谱面分离开，然后利用针孔板(或单模光纤)选通所需角谱分量，实 现空间低通滤波。针孔滤波器用于高功率激光器时，存在以下不足：高功率激光在针孔附近 聚焦，经透镜聚焦的激光光斑烧毁针孔，或在光路中形成有害的等离子体。中国专利 200710039731.7公开了一种用石英晶体平凸透镜、滤波小孔、普通透镜和偏振片构成的共焦 系统，该激光束空间整形装置内部有聚焦点。中国专利200610024096.0公开了一种体全息光 栅整形装置，其用途是动态地、多功能地对超短脉冲激光束进行整形。美国专利 US7424185B2提出一种基于变周期体全息光栅的脉冲整形装置，其用途是对超短脉冲激光束 进行展宽和压缩。李彪，陈怀新，隋展，丁磊等(基于晶体旋光效应的近场光学空间滤波，《强 激光与粒子束》2006年第18卷第1期)提出了用旋光性实现激光光束的近场空间滤波方法。 傅恩生(用腔内布拉格光栅改善激光源的空间光束质量，《激光与光电子学进展》2003年 第40卷第12期)提出利用厚相位光栅插入各种激光腔中进行角向选择，改善空间光束质量 。郑光威，何焰蓝，黄水花，谭吉春等(透射型体相位光栅对连续激光光束空间低通滤波研 究，《光学学报》，2009年29卷第4期，P863-868)；郑光威，刘莉等(透射型体光栅对超 短脉冲高斯光束衍射特性研究，《光学学报》2009年29卷第1期P126-131)；郑光威，谭吉 春等(反射型体光栅对超短脉冲高斯光束衍射特性分析，《光学学报》2009年29卷第12期) 分析了体积布喇格光栅对激光的衍射性能。上述专利和文献没有针对高功率激光系统多程放 大和级间隔离的需要提供光栅滤波装置，所报道的滤波器构型满足单程滤波的需要，不能满 足双程、二轴空间滤波的需要。

发明内容

本发明的目的在于针对针孔滤波器以及光栅单程滤波的缺点，提供一种没有透镜和针孔 的、承载功率较高的光栅双程空间滤波器件，替代多程放大器中的针孔滤波器；提供一种衍 射频带宽度较宽的光栅，满足短脉冲和超短脉冲空间滤波的需求。

本发明的高功率激光衍射型空间滤波器，结构是：左边是1个中轴线为竖线BC的级间隔 离滤波器、中间是1组中轴线为横线CD的增益介质，右边是一个中轴线为竖线DE的多程腔滤 波器，整个装置的中轴线组成一条BCDEF折线，在B点、C点、D点和E点各安放1个使光束偏 转90°的光栅，所述光栅为分离式体积布喇格光栅或双片集成式光栅，在F点安放1个反射镜 。

所述光栅为分离式体积布喇格光栅或双片集成式光栅。其中，分离式光栅的结构有两种 ：单周期光栅和多周期光栅。

所述光栅是一块透明的片状玻璃或晶体材料，其长度和宽度为25mm～500cm，单片厚度 为2～30mm。光栅在光路中的运行状态分为“反射型”和“透射型”，二者的滤波效果基本 相同。

所述分离式体积布喇格光栅的一种构型是单周期光栅，单片栅体材料中有一组平行的层 状栅纹面，其光栅周期对入射激光的中心波长λ₀满足布喇格衍射条件，衍射效率不小于90 ％。所述单周期光栅的截面最大尺寸不小于增益介质截面直径(或边长)的倍，厚度不 大于5mm。

所述分离式体积布喇格光栅的另一种构型是多周期光栅，单片栅体材料内含2～100个光 栅矢量平行的层状子光栅，层状子光栅栅纹面的周期分别对入射激光脉冲的波长成份λ₁、 λ₂…λ₉₉、λ₁₀₀满足布喇格衍射条件，衍射效率不小于90％。所述层状子光栅的截面最大尺 寸不小于增益介质截面直径(或边长)的倍，厚度不大于5mm。

所述双片集成式光栅的内部包含栅纹取向相互垂直的两片子光栅，  一块栅体材料分成三 个层状区域，中间是透明过渡层，左侧和右侧是子光栅，各子光栅内有一组平行的层状栅纹 面，其厚度不大于5mm。单层子光栅的光栅周期均对入射激光的中心波长λ₀满足布喇格衍射 条件，衍射效率不小于90％。所述双片集成式光栅的截面最大尺寸不小于增益介质截面直径 或边长的倍，总厚度不大于20mm。