[发明专利]利用近匀强磁场抑制真空滤波器堵孔效应的方法

说明书

技术领域

本发明涉及大型高功率脉冲激光装置领域和等离子体领域，特别涉及一种抑制传统真空滤波器堵孔效应的方法。

背景技术

在高功率脉冲激光装置领域中，泵浦光和信号光中各级放大器放大的不均匀性和小尺度自聚焦效应等已成为影响近场光束质量的主要原因，因而提高激光近场光斑的均匀性对于高功率脉冲激光装置负载能力的提升有着不可替代的作用。

在拍瓦级高功率脉冲激光装置研究的近几年时间内，尽管各级泵浦光与信号光光束质量的逐步完善，各类光学元器件损伤阈值的逐步提高以及相应的AO主动补偿技术的引进，都难免存在一定的损伤问题。所以，基于傅里叶变换原理的传统真空滤波器在高功率脉冲激光装置中是不可或缺的。

传统真空滤波器是指，在高真空状态下，由前后两个透镜和针孔式滤光元器件所组成的空间滤波器。传统的真空滤波器在设计上依据“4f”系统，激光经过透镜聚焦，以透镜傅里叶变换形式在焦点处形成频谱，通过真空滤波器的小孔选取所需的角谱，滤去不必要的高频分量，除去有害的杂光。但是在实际的高功率脉冲激光装置中，随着放大级数不断增加以及光斑尺寸越来越大，由于激光束自身的发散角以及各种空间调制的作用，使得激光远场焦斑处存在一定的“裙边”，这些“裙边”与真空滤波器的小孔边缘作用产生少量的金属等离子体漂浮在小孔表面，使得高功率激光的脉冲后沿无法继续通过小孔，影响了真空滤波器的滤波作用，即所谓的“堵孔效应”。

目前先进的高功率激光装置之所以继续沿用传统的真空滤波器是因为其具有通光口径大、调试简单、维护方便、象差小和滤光效果明显等特点，这是其他新型或改进型真空滤波器无法替代的。一般来讲，当激光光斑较小、能量密度较低时，光束的发散角相对比较小，空间分布也比较均匀，堵孔效应不明显。只有当激光经过多级放大、扩束、再放大、再扩束后，光斑尺寸较大、能量密度较高、空间调制明显、发散角较大时，传统的真空滤波器才会存在明显的堵孔效应。所述的传统真空滤波器的“堵孔效应”是指高功率脉冲激光聚焦的“裙边”与小孔边缘作用产生的等离子体因自由扩散作用漂浮到小孔中心，阻隔了高功率脉冲激光的脉冲后沿继续通过小孔，使得传统真空滤波器无法完美滤波。

中国专利201320775747.5公开了一种低截止频率的空间滤波器，该实用新型专利虽然在传统真空滤波器前加装布拉格体光栅可以减少传统真空滤波器的堵孔效应，但是，该专利所用的布拉格体光栅不仅存在着损伤阈值较低，还存在着自身尺寸限制的问题。这对于激光光斑较大且注入激光能量密度较高的大型传统真空滤波器并不适用，而且在传统真空滤波器前加装布拉格体光栅会引入一定的象差，对于高功率脉冲激光后续的压缩过程会产生额外的影响。

因此，针对上述情况，有必要提出利用近匀强磁场抑制真空滤波器的堵孔效应的方法。

发明内容

本发明的目的是克服上述传统真空滤波器易产生的堵孔效应，提供利用近匀强磁场抑制真空滤波器的堵孔效应的方法，利用近匀强磁场作用于由高功率脉冲激光聚焦后的裙边打到小孔边缘产生的金属等离子体，从而有效抑制传统真空滤波器中的堵孔效应。

为了实现上述发明目的，本发明的技术解决方案如下：

通过在传统真空滤波器的小孔处施加近匀强磁场，降低了小孔中心处的等离子体密度，有效的抑制了传统真空滤波器的堵孔效应。

一种利用近匀强磁场抑制真空滤波器堵孔效应的方法，具体步骤如下：

步骤1、以真空滤波器中小孔的横截面为XY面，将第一空心螺线圈与同第一空心螺线圈规格参数相同的第二空心螺线圈沿Z轴固定在真空滤波器中小孔的前后两端，使近匀强磁场的磁感线方向与XY面垂直；

步骤2、将连通第一空心螺线圈正极的第一导线引到真空滤波器的外面与可调谐的直流电源的正极相连，将连通第二空心螺线圈负极的第二导线引到真空滤波器(6)外面与可调谐的直流电源的负极相连，再将第一空心螺线圈的负极与第二空心螺线圈的正极相连，形成一个整体串联的回路；

步骤3、调整可调谐的直流电源的电压，使其满足所需电流强度，该电流强度的计算公式如下：

I＝B/μ₀/n₀

其中B是磁场强度，单位为(T)，μ₀为真空磁导率，n₀为第一空心螺线圈单位长度的线圈数。

当小孔处有近匀强磁场时，激光经过小孔产生的等离子体受到外界磁场约束，其膨胀渐进速度可表示为：