專利名稱：一種固體激光器相位共軛諧振腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于固體激光器的諧振腔，特別是相位共軛諧振腔。
固體激光器，一般是由激光介質(zhì)、泵浦系統(tǒng)及諧振腔組成，諧振腔一般是由在激光介質(zhì)兩端兩個反射鏡構(gòu)成，這時的激光器通常輸出脈寬是毫秒量級(ms)，稱靜態(tài)輸出激光器;而很多應(yīng)用場合需要高功率，此時可采用調(diào)Q技術(shù)，即在腔內(nèi)加一套稱為光閘的調(diào)Q元件，它史是瞬時開啟(一般在毫微秒ns量級)，關(guān)閉時腔內(nèi)處低Q值，不起振、打開時，腔內(nèi)處高Q值，快速起振產(chǎn)生激光輸出，脈寬一般在1-10毫微秒(ns)，這種激光通常稱動態(tài)激光，又稱巨脈沖輸出，這種調(diào)Q技術(shù)通常分兩類一類是被動調(diào)Q，典型的是染料調(diào)Q，另一類是主動調(diào)Q，調(diào)Q元件通常用電光晶體，對主動同軸調(diào)Q，實現(xiàn)調(diào)Q還要加起偏器，高壓電源(幾千伏)和高壓快速觸發(fā)器等組成一套復(fù)雜的調(diào)Q器件。
利用SBS相位共軛改善光束質(zhì)量，已有較多的研究，利用SBS池做為Q開關(guān)也有報導(dǎo)，但利用SBS池做相位共軛腔兼實現(xiàn)Q突變技術(shù)，尚未見有任何報導(dǎo)。
1、85年美國AD-A172783/3XAS，曾報導(dǎo)，腔內(nèi)用SBS池實現(xiàn)相位共軛光輸出來改善光束質(zhì)量，這是利用SBS相位共軛技術(shù)典型的應(yīng)用報導(dǎo)，但他們是必須在腔內(nèi)采用P-P壓縮線寬和采用調(diào)Q元件壓縮脈寬，是用窄線寬，窄脈寬激光激勵源，產(chǎn)生受激布里淵散射來實現(xiàn)共軛光輸出，裝置十分復(fù)雜。
2、美國Proc.SPIE-Int.Soc.Opt.Eng(U.S.A)VoL1000，用誘導(dǎo)式，形成四波混頻，利用受激布里淵散射，改善光束質(zhì)量，本報導(dǎo)只利用了SBS反向散射和相位共軛特性，結(jié)構(gòu)仍十分復(fù)雜。
3、墨西哥Revista Mexicana de Fisca Vol.38 No.3427-431(1992)報導(dǎo)了H.Meng等人關(guān)于NdYAG相位共軛激光特性的報導(dǎo)，他們是利用了腔內(nèi)加布里淵池，利用先產(chǎn)生的YAG相位共軛激光特性的報導(dǎo)，他們是利用了腔內(nèi)加布里淵池，利用先產(chǎn)生的YAG激光激勵SBS，產(chǎn)生后向散射來改善光束質(zhì)量，在諧振腔中保留了全反射鏡，由此鏡反射的光是非其軛光，它不能被補(bǔ)償，因此只能做到部分相位共軛光。
本發(fā)明的目的是用一結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉、且調(diào)試容易的元件代替原有調(diào)Q激光器諧振腔中一套復(fù)雜的調(diào)Q元件，實現(xiàn)動態(tài)輸出，同時，由于SBS池為相位共軛光，因而同時還具備相位共軛作用，使輸出光光束質(zhì)量大大改善，且具有高動靜比，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的調(diào)Q巨脈沖激光輸出。
本發(fā)明固體激光器相位共軛諧振腔，包括激光棒1，部分反射鏡2，透鏡3，本發(fā)明的要點在于采用受激布里淵池(SBS池)4作為該諧振腔的全反鏡并兼作調(diào)Q元件。所述布里淵池是用一個普通玻璃管制成，玻璃管的兩端用光學(xué)加工平板玻璃密封，玻璃管內(nèi)裝有有機(jī)介質(zhì)溶液。該溶液可以是水，或者酒精，或者乙醚，或者甲醇。布里淵池池(玻璃管長度)L為50-200毫米，透鏡2的焦距f為1/2L-L。
1、用SBS池實現(xiàn)Q突變由激光介質(zhì)產(chǎn)生的自激光射入SBS池，產(chǎn)生自發(fā)布里淵散射光，后向進(jìn)入激光介質(zhì)棒放大，再次返回SBS池，因SBS具有明顯的閾值性，在沒有達(dá)到受激閾值時，介質(zhì)是透明的，Q值很低，當(dāng)光束能量一旦達(dá)到閾值時，則后向近軸散射光驟增，Q值驟增，實現(xiàn)Q突變，與此同時，SBS散射源又起到了諧振腔一端的反射鏡作用，使光子在腔內(nèi)反饋后振蕩增長，輸出一調(diào)Q巨脈沖。
2、提高光束質(zhì)量因受激光布里淵散射光具有相位共軛特性，故在返程振蕩中可補(bǔ)償腔內(nèi)介質(zhì)或光學(xué)元件光學(xué)缺損，以及光路失調(diào)所造成的畸變，使波前補(bǔ)償如初。因此這種激光器可以輸出空間分布均勻，近衍射極限的調(diào)Q激光速。
3、動靜比高因此SBS的轉(zhuǎn)換效度η在線性區(qū)是隨入射光的增長而增長，因此隨光束放大過程的繼續(xù)，效率η可以達(dá)到很高，SBS池做為諧振腔一端，η也就相當(dāng)于腔片的反射率，SBS池與其它調(diào)Q元件相比，一般不再引入腔內(nèi)新的損耗。因此采用此技術(shù)的調(diào)Q激光器的動靜比可以達(dá)到很高。
本發(fā)明的技術(shù)進(jìn)步點在于1、與染料調(diào)Q相比，可克服染料有毒，有存放期，低破壞閾，壽命低，有波段依賴性等不足，因而本技術(shù)可用于大能量器件。
與電光調(diào)Q相比，可節(jié)省一套復(fù)雜的調(diào)Q元件(電光晶體，格蘭棱鏡，高壓電源，高壓同步觸發(fā)器)等，故本技術(shù)是一種結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)簡便，價格低廉的新技術(shù)，每臺可節(jié)省1～1.5萬元。
2、調(diào)Q輸出，動靜比可以做到很高。
3、布里淵池?zé)o波長限制，同一布里淵池即可用于紅寶石激光器，也可用于YAG等激光器。
4、由于共軛補(bǔ)償作用，使激光束散角壓縮，空間分布均勻性提高，波前畸變被補(bǔ)償，這是其它調(diào)Q技術(shù)所不具備的。
5、因可以輸出相位共軛光，使用一定技術(shù)后也可以補(bǔ)償外介質(zhì)引起的波前畸變。
本發(fā)明從實驗中利用寬線寬、寬脈寬實現(xiàn)了產(chǎn)生受激光布里淵散射過程(SBS過程)，這就使對SBS產(chǎn)生的認(rèn)識深刻了一步，因而在利用SBS的技術(shù)上也實現(xiàn)了較之現(xiàn)有技術(shù)，光路大大減化，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)腔容易，且調(diào)腔精度要求降低，整個裝置降低造價的目的。
已達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)為在紅寶石激光器上動靜比在39%以上，YAG上27%，脈寬10-20ns，單脈沖輸出，束散角壓縮3倍，為6倍衍射極限輸出，YAG上做到重復(fù)率5pps，無漏閃穩(wěn)定工作，因而本發(fā)明應(yīng)用到紅寶石或YAG激光器，可用于使用調(diào)Q激光器的場合，如動態(tài)激光全息術(shù)，激光測距，目標(biāo)指定器，(如坦克測距，高炮測距等)。因為SBS池?zé)o波段要求，更有利于用于調(diào)諧器件中，又因為本發(fā)明可輸出優(yōu)質(zhì)巨脈沖激光，即可做為實驗室激光光譜技術(shù)的優(yōu)質(zhì)相干光源。
附

圖1為本發(fā)明相位共軛諧振腔的原理示意圖實施例1、在紅寶石激光器上可做到如下指標(biāo)介質(zhì)盒內(nèi)散射介質(zhì)可以是酒精、甲醇、丙酮、Cs2、Ccl4、水等，當(dāng)靜態(tài)輸出為4～6i時，部分反射片為50%、30%，f＝60mm～100mm，盒長為100mm時，調(diào)節(jié)距離1，可得到1～3i的共軛激光輸出，脈寬為20ns，束散角比靜態(tài)壓縮3倍，為6倍衍射極限，動靜比為40%～80%。
2、在YAG激光器上當(dāng)靜態(tài)為730mi，部分反射片反射率為10%，f＝50mm，盒長60mm時，可得到27%的轉(zhuǎn)換效度的共軛光輸出，脈寬為12～14ns，并能在5PPS(每秒5次)重復(fù)頻率下無漏閃穩(wěn)定工作。
3、用SBS相位共軛腔兼Q突變技術(shù)實現(xiàn)單級大功率固體激光器件光束質(zhì)量的改善。
由于(1)單級輸出如果輸出能量高，模式都將變差，故光束質(zhì)量都不好。(2)調(diào)Q元件破壞閾限定了單級輸出的大能量。故通常為獲得大功率大能量器件，都采用種子光多級放大的辦法，而本發(fā)明由于相位共軛光的補(bǔ)償作用，可以做到光束質(zhì)量的改善，同時由于SBS介質(zhì)破壞閾高，因而可以采用本發(fā)明，最大限度的提高單級輸出的大能量，高功率。
4、利用本發(fā)明實現(xiàn)鎖模調(diào)Q如果在SBS介質(zhì)中加入適量的相應(yīng)染料，便可實現(xiàn)皮秒量級的共軛鎖模激光輸出。
5、本發(fā)明由SBS池作為相位共軛反射鏡，其原理對波長有普適性，對不同波長時，都可有相同的反射率，這就為采用本發(fā)明實現(xiàn)寬帶調(diào)諧輸出創(chuàng)造條件，且保證輸出為可調(diào)諧相位激光。
權(quán)利要求
1.一種固體激光器相位共軛諧振腔，包括激光棒[1]，部分反射鏡[2]，透鏡[3]，其特征在于采用受激布里淵池(SBS池)作為諧振腔的全反鏡并兼作調(diào)Q元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位共軛諧振腔，其特征在于所述布里淵池[4]是用一個普通玻璃管制成，玻璃管的兩端用光學(xué)加工平板玻璃密封，玻璃管內(nèi)裝有有機(jī)介質(zhì)溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的相位光軛諧振腔，其特征在于所述有機(jī)介質(zhì)溶液是水或者酒精，或者乙醚，或者甲醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的相位軛諧振腔，其特征在于所述布里淵池池長L為50～200毫米，透鏡[2]的焦距f為1/2L～L。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的相位共軛諧振腔，其特征在于所述有機(jī)介質(zhì)溶液中加入染料，以實現(xiàn)皮秒量級的共軛鎖模激光輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于固體激光器的相位共軛諧振腔，采用SBS池作為諧振腔的全反射鏡并兼作調(diào)Q元件，SBS池用一普通密封玻璃管制成，內(nèi)裝水、酒精等有機(jī)介質(zhì)溶液，池長50～200毫米，溶液中亦可加入染料實現(xiàn)皮秒級共軛鎖模激光輸出。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，可以實現(xiàn)調(diào)Q突變，具有很高的動靜比，光束質(zhì)量大大提高，調(diào)節(jié)方便，無波長限制，適用性強(qiáng)，可用于紅寶石激光器和YAG激光器，價格低廉，可輸出優(yōu)質(zhì)巨脈沖激光。
文檔編號H01S3/08GK1099911SQ9311700
公開日1995年3月8日 申請日期1993年8月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月29日
發(fā)明者王月珠, 陳德應(yīng), 鞠有倫, 馬祖光 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)