一種高功率固體激光驅動器及其激光放大方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高功率激光驅動器技術領域，具體而言涉及一種高功率固體激光驅動器及其激光放大方法。
【背景技術】
[0002]慣性約束聚變是一種將物質壓縮并加熱到高溫高密度狀態(tài)以實現(xiàn)可控熱核聚變的科學技術。其所制造的物質狀態(tài)屬于高能量密度物理研宄的范疇，通常需要建造大型的驅動器實現(xiàn)能量加載，如高功率激光驅動器、粒子加速器、Z箍縮裝置等。目前在這些不同種類的驅動器技術中，只有激光驅動器最為成熟，能夠為慣性約束聚變提供“點火”量級的驅動能量。因此，世界主要大國均開展了不同程度的激光聚變研宄，并建造了一系列大型高功率固體激光驅動器，如美國的國家點火裝置(Nat1nal Ignit1n Facility)，法國的兆焦耳激光裝置(Laser Megajoule)和中國的神光系列激光裝置等。
[0003]依據(jù)設計時的點火物理需求分析，這些裝置的建造輸出能力均不高于2MJ。但從已建成的美國國家點火裝置上開展的物理實驗來看，1.8MJ的輸出能力尚不能支撐“點火”目標的實現(xiàn)。為向“點火”目標更進一步，人類迫切需要更大能量的激光驅動器。美國國家點火裝置已經(jīng)計劃在2017財年基于裝置“內在能力”，以潛力發(fā)掘的方式將裝置的輸出能力由目前的1.8MJ提升到3MJ，以更好的支撐慣性約束聚變的研宄。
[0004]從激光驅動器設計建造的角度出發(fā)，更大的輸出能量可以通過提高驅動器規(guī)模得以實現(xiàn)。例如以美國國家點火裝置為例，以目前192路激光輸出1.8MJ的能力來說，只需將驅動器規(guī)模擴大到384路，并采用更大的靶室，就可在現(xiàn)有技術條件不發(fā)生改變的情況下達到3.6MJ的輸出能力。但簡單的擴大規(guī)模也帶來造價和資源需求的線性擴大。美國國家點火裝置造價超過40億美元，如單純擴大規(guī)模將造成造價的巨幅提升，從而帶來難以承擔的成本壓力。
[0005]當前國際上主流激光驅動器設計均采用組合口徑、多程放大的方式，即將多束激光排列成組束結構(如4X2陣列)，每一束激光配備兩組主放大器和兩組空間濾波器。這樣的設計排列使每束光相對獨立，每個組束共享放大器腔體和泵浦。但這種驅動器設計使放大器內增益介質的儲能不能有效提取，造成儲能的浪費，同時也會導致當能量需求進一步提高時，需要投入巨大的經(jīng)費和資源以支撐驅動器建設。且當驅動器規(guī)模大到一定程度時，工程的限制將導致驅動器難以繼續(xù)擴大規(guī)模，無法為慣性約束聚變研宄提供更大能量的輸出能力。
[0006]偏振透反鏡，為光學領域常用器件，具有反射和透射兩種功能，對于某一角度的線偏振光反射，將該線偏振光的偏振方向偏轉90°后，就可以在偏振透反鏡透過。
[0007]電光開關，也稱為“電光Q開關”，關鍵部件為內部的電光晶體，當向電光晶體施加半波電壓時，通過電光開關的光束偏振方向將偏轉90°。
【發(fā)明內容】
[0008]針對上述現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種高功率固體激光驅動器及其激光放大方法，本發(fā)明的激光驅動器將多個激光放大系統(tǒng)排列為多邊形，種子激光在多個激光放大系統(tǒng)中循環(huán)傳輸放大，增加了增益介質的有效提取率，激光能量放大倍數(shù)增加。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
[0010]一種高功率固體激光驅動器，包括至少I個反射鏡和至少3組激光放大系統(tǒng)，所述激光放大系統(tǒng)共同排列為多邊形，所述激光放大系統(tǒng)包括放大器、空間濾波器、電光開關、控制電路、偏振透反鏡和變形鏡，所述控制電路與所述電光開關連接，按照激光的傳播路徑依次排列為:放大器、空間濾波器、電光開關、偏振透反鏡、變形鏡和下一組激光放大系統(tǒng)的放大器，所述反射鏡與所述變形鏡位于所述偏振透反鏡的不同側。
[0011]進一步，所述激光放大系統(tǒng)為6組，排列為正六邊形。
[0012]進一步，所述反射鏡的個數(shù)為6個。
[0013]另，本發(fā)明還提供一種利用如上所述的固體激光驅動器進行激光放大的方法，包括以下步驟:
[0014](I)將至少I束入射激光導入激光放大系統(tǒng)的光路，得到種子激光；
[0015](2)所述種子激光在所述激光放大系統(tǒng)組成的環(huán)形光路中循環(huán)傳輸，并多程放大，得到放大激光；
[0016](3)所述放大激光輸出時，所述驅動電路向所述電光開關的晶體加載半波電壓，使所述放大激光的偏振方向偏轉90°，經(jīng)過偏振透反鏡時透過，入射到反射鏡發(fā)生反射，輸出打靶激光。
[0017]進一步，所述入射激光為脈沖激光。
[0018]進一步，所述入射激光的光束數(shù)目與所述激光放大系統(tǒng)的數(shù)目相同。
[0019]進一步，所述入射激光導入的位置為所述空間濾波器的小孔位置。
[0020]本發(fā)明的有益效果如下:
[0021]1、多組激光放大系統(tǒng)排列為多邊形，每束種子激光等效只是用一組激光放大系統(tǒng)，卻可以多次在所有激光放大系統(tǒng)中放大，對增益介質中的儲能高效提取，提高驅動器整體的能量利用率，極大減少了驅動器對資源和經(jīng)費的需求；
[0022]2、多組激光放大系統(tǒng)采用6組，形成高度對稱的構型，每組激光放大系統(tǒng)中的器件相同，減少了設計、加工和制造環(huán)節(jié)的資源消耗；
[0023]3、激光驅動器中的器件排列簡單，構思巧妙，充分利用反射鏡，整體結構緊湊，可以沿靶室排列多層激光驅動器，形成球狀構型，從而快速增加打靶激光路數(shù)；
[0024]4、采用變形鏡，通過改變變形鏡的面型，對波前畸變和離焦進行校正，以保證激光安全通過下一組空間濾波器的小孔；
[0025]5、本發(fā)明采用的激光放大方法可同時放大多束種子激光，激光經(jīng)過放大后可由同一反射鏡先后輸出，也可由不同反射鏡同時輸出。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的整體結構示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明的局部放大圖；
[0028]圖3為多個本發(fā)明的激光驅動器打靶時整體排列示意圖；
[0029]圖4為本發(fā)明的增益介質釹玻璃儲能和儲能提取率；
[0030]圖5為美國國家點火裝置的增益介質釹玻璃儲能和儲能提取率。
[0031]圖中:1 一激光放大系統(tǒng)，2—反射鏡，3—放大器，4一空間濾波器，41 一小孔，5—電光晶體，6 一偏振透反鏡，7 一變形鏡，8—入射激光，9 一勒!室。
【具體實施方式】
[0032]為了使本領域的人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整的描述，基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的其它類同實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。
[0033]實施例一:
[0034]如圖1所示，一種高功率固體激光驅動器，包括6個反射鏡2和6組激光放大系統(tǒng)1，所述激光放大系統(tǒng)I共同排列為正六邊形。
[0035]如圖2所示，所述激光放大系統(tǒng)I包括放大器3、空間濾波器4、電光開關5、控制電路(圖中未畫出)、偏振透反鏡6和變形鏡7，所述控制電路與所述電光開關5連接，按照激光的傳播路徑依次排列為:放大器3、空間濾波器4、電光開關5、偏振透反鏡6、變形鏡7和下一組激光放大系統(tǒng)I的放大器3，所述反射鏡2與所述變形鏡7位于所述偏振透反鏡6的不同側。所述空間濾波器4由兩側的凸透鏡和中間的小孔41