[发明专利]一种种子注入放大环形腔化学激光装置

说明书

技术领域

本发明属于化学激光器件领域，具体涉及一种种子注入放大环形腔化学激光器。

背景技术

化学激光器是迄今为止所有激光器中输出功率和输出能量最高的激光器。由于其具有高功率、高效率、放大性能好、较好的大气传输窗口等优点，在激光物理、激光化学、材料加工、激光对抗等领域具有十分广阔和重要的应用。目前，许多连续波化学激光器如HF/DF激光器、HBr激光器等均是多谱线输出，而在实际工作中往往要求激光器以某些特定波长运转，在这种情况下激光器的单谱线运转变得十分有意义。

闪耀光栅能够把光能转移并集中到具有极强色散本领的一级光谱上，通常用在激光器的腔内作为选线器件，通过调整入射到闪耀光栅上光的角度来实现所需波长的激光的输出。金属基底尤其是水冷型金属基底闪耀光栅具有较高的抗损伤特性，可以应用于功率相对较高的激光器中，但对于高功率化学激光器尤其是长时间连续运转的激光器来说，腔内的高功率密度依然会对闪耀光栅造成不可修复的损伤，从而无法实现激光器的选线输出。采用种子注入放大的方法可以实现大功率激光器的选线输出，但由于在此波长范围内，没有非常有效的光隔离系统，通常采用的驻波腔放大器所形成的反馈光依然会对种子激光器造成损害。而且驻波腔强度噪声较大、阈值较高，并不利于激光器单线单模运行。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种种子注入环形腔放大化学激光装置，该装置可以通过对种子激光的行波放大实现大功率连续化学激光的选线输出，具有高功率、噪声低、良好的频率特性和光束质量、可选线输出等特点。

为实现本发明的目的，具体技术解决方案是：

一种种子注入放大环形腔化学激光装置，包括种子激光器、注入放大级和隔离器，在所述种子激光器中输出的光经平面全反射镜反射进入隔离器，经隔离器单向隔离后进入所述注入放大级中进行放大并将放大后的光输出；

所述隔离器由起偏器和1/4波片组成；所述起偏器放置于邻近平面全反射镜一侧，且与光轴之间的夹角为54.5°；所述1/4波片放置于邻近偏振片另一侧，且垂直于光轴；

所述注入放大级包括：平凹后腔反射镜，所述平凹后腔反射镜中心设置有通孔；用于经隔离器单向隔离后的光通过通孔进入激活介质增益区，并接收平凸前腔反射镜输出的光；激活介质增益区，用于使经过的光放大；平面全反镜Ⅰ，用于反射所述激活介质增益区放大输出的光；平面全反镜Ⅱ，用于反射平面全反镜Ⅰ输出的光；刮刀镜，用于汇聚平面全反镜Ⅱ输出的光，并将注入放大级中放大的光在刮刀镜上耦合输出；平凸前腔反射镜，用于将穿过所述刮刀镜的光反射到所述平凹后腔反射镜上。

本发明上述技术方案中，所述种子激光器由同轴设置的平面衍射光栅、光阑、布儒斯特片Ⅰ、增益介质区、布儒斯特片Ⅱ、平凹输出耦合镜构成；所述平面衍射光栅和平凹输出耦合镜之间组成谐振腔，增益介质区两侧设置布儒斯特片Ⅰ和布儒斯特片Ⅱ，在平面衍射光栅和布儒斯特片Ⅰ之间设置光阑；所述平凹输出耦合镜邻近所述平面全反射镜设置。

本发明中的刮刀镜的中心孔的大小与平凸前腔反射镜的大小相同。

本发明激光装置的工作过程如下：种子激光器内的平面衍射光栅为被放置在电动转台上，以Littrow方式放置，其角度为选线波长所对应的衍射角度，满足光栅方程（其中θ分别是入射角和衍射角，d为刻线间距离且本发明中d为1/420mm，m为衍射级次）。当激光器工作时，由化学反应所产生的种子光增益区内的激活介质产生受激辐射光，当这些辐射光入射到平面衍射光栅上时，满足光栅一级衍射波长的光沿原路返回，其它波长的光被衍射出谐振腔外，返回的辐射光在平凹耦合镜和平面衍射光栅所形成的谐振腔之间振荡放大，并由平凹耦合镜耦合输出。种子激光器内的布儒斯特片使得腔内的振荡光变为振动方向平行于入射面的线偏振光，用来减小腔内的光损耗，腔内的光阑使得输出的种子激光的模式为基模。输出的种子激光经全反射镜反射后，经过光隔离器单向隔离后，通过环形腔放大器平凹后腔镜上的圆孔进入注入放大级中进行放大，光隔离器起到对放大器中反射回来的振荡光进行单向隔离的作用。进入到注入放大级中的种子光通过放大器的激活介质增益区时，提取增益区内的激活粒子，产生受激辐射放大，放大后的辐射光由注入放大级内的平面反射镜、平凸前腔镜、平凹后腔镜反射，以环形前进方式再次进入激活介质增益区内进行行波放大，如此循环往复，并由刮刀镜耦合输出。

所述的衍射光栅为金属基底闪耀光栅，其刻线数为420线/mm，一级衍射效率大于97%。

所述的平面衍射光栅放置在电动转台上。