基于多光束相干叠加的高功率激光装置制造方法及图纸

一种基于多光束相干叠加的高功率激光装置，包括基频束组、谐波转换器组、基频采样镜和相位检测控制系统；所述的基频束组，包括N束子束、以及对应各子束的N个相位调节器；所述的谐波转换器组，由N个谐波转换器构成；每个子束入射到各自对应的谐波转换器，换为谐波后，剩余基频光经所述的基频采样镜采样后进入所述的相位检测控制系统，该相位检测控制系统选取基频束组中任意子束的相位作为参考子束，检测其它子束与该参考子束的相位差，并调节该子束对应的相位调节器，直至该子束与参考子束的相位差至2π。本发明专利技术通过子束的相干叠加实现谐波相干叠加，达到大口径激光谐波打靶相当的效果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
基于多光束相干叠加的高功率激光装置


[0001]本专利技术属于高功率激光装置，特别是需要多束较小光束相干叠加实现等效大口径光束的高功率激光装置；本专利技术涉及多光束激光谐波相干叠加。

技术介绍

[0002]高功率脉冲激光致力于在实验室环境创造极端物体条件，可用于高能密度物理研究、聚变能研究等。为了在靶点获得较大的功率密度，一般高功率激光装置的光束口径在数百毫米以上；为了提高光束与靶的耦合效率，一般通过谐波转换(波长变换技术)获得较短波长的三倍频光打靶，但是光学元件工作在三倍频波段时更容易被损伤。为了解决这个问题，一般从光束质量和元件损伤阈值两个方面进行性能提升。
[0003]光束质量的下降在大口径高功率激光系统中几乎无法避免，主要原因是大口径光学元件难于加工，大口径高效谐波转换材料由于几乎只能选择磷酸二氢钾(KDP)晶体或参氘磷酸二氢钾(DKDP)晶体，透过波前极难控制。受限于以上因素，几乎无法通过进一步增大光束口径和增加装置规模来实现更高的聚焦功率密度，因此只能寻求提高光束质量来解决该问题。光束不均匀性是导致元器件损伤的主要因素，如果能大幅改善光束空间均匀性，将大幅提高装置输出能力。(K.R.Manes,et.al..Damage Mechanisms Avoided or Managed for NIF Large Optics,Fusion Science and Technology,69:1,146
‑
249,DOI:10.13182/FST15
‑
139)。r/>[0004]为了避免类似的材料及元器件损伤问题，超强超短激光
的科研人员探索通过相干叠加来获取峰值功率超强的激光。例如一种基于拼接锁定和远场的超短脉冲激光相干合束方法(CN106856293)，提供了一种基于拼接锁定和远场的超短脉冲激光相干合束方法，高重频飞秒激光源分束后经过不同的光路链传输，最后经取样模块及聚焦模块在焦点处实现子光束间的相干增强叠加。又例如，双注入OPCPA相干组束超高功率激光系统(CN105790061)将相干组束方法与双注入式OPCPA混合式超高功率飞秒激光系统相结合，最终实现数PW乃至EW级的超高功率激光输出。超强超短脉冲主要用基频光束进行打靶，不能解决需要谐波转换的纳秒时间宽度的高功率激光系统相干叠加的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服上述现有技术，提出一种基于多光束相干叠加的高功率激光装置，利用子束的相干叠加，间接实现谐波转换后光束的相干叠加。本专利技术可通过多束小光束达到大口径激光谐波打靶相当的效果。
[0006]为实现上述目标，本专利技术的技术解决方案如下：
[0007]一种基于多光束相干叠加的高功率激光装置，其特点在于，包括基频束组、谐波转换器组、基频采样镜和相位检测控制系统；所述的基频束组，包括N束子束、以及对应各子束的N个相位调节器；所述的谐波转换器组，由N个谐波转换器构成；每个子束入射到各自对应的谐波转换器，换为谐波后，剩余基频光经所述的基频采样镜采样后进入所述的相位检测
控制系统，该相位检测控制系统选取基频束组中任意子束的相位作为参考子束，检测其它子束与该参考子束的相位差，并调节该子束对应的相位调节器，直至该子束与参考子束的相位差至2π。
[0008]所述N束子束在入射所述谐波转换器时为准直光束，且各子束空间上无重叠，时域光谱特性一致，平均激光通量密度一致，经所述谐波转换器转换为谐波后，剩余基频光子束到达所述基频采样镜前任一与光轴垂直的光束截面的时刻一致。所述的N束子束的初始相位相等。
[0009]所述的谐波转换器由一块或者多块谐波转换晶体及相应装调机构组成，用于将所述基频束组频率转换为倍频、三倍频或其它倍数的谐波。
[0010]所述的谐波转换器的有效通光口径支持对应子束的通过，且不影响对应子束之外的其它子束传输。
[0011]所述的基频采样镜的尺寸允许各子束谐波转换后剩余的基频全口径采样，允许各子束谐波传向下游光学元件。
[0012]本专利技术的技术效果如下：
[0013]1)由于小口径激光束光束质量可提升到较高水平，高质量小口径谐波转换晶体也更易获取，通过子束的相干叠加实现谐波相干叠加，达到大口径激光谐波打靶相当的效果。
[0014]2)利用较易获取的小口径材料和元器件构建的多束高质量的子束，通过子束的相干叠加，达到大口径激光谐波打靶相当的效果。
[0015]3)与现有大口径高功率激光系统方案相比，基频光束不再采用大口径光学元件，谐波转换也不需要大口径晶体材料，支持装置更高通量密度激光输出能力。
附图说明
[0016]图1是本专利技术基于多光束相干叠加的高功率激光装置的实施例1示意图；
[0017]图2是本专利技术基于多光束相干叠加的高功率激光装置的实施例2示意图；
[0018]图3是本专利技术基于多光束相干叠加的高功率激光装置谐波相干叠加原理示意图；
[0019]图中，1
‑
基频束组；2
‑
谐波转换器组；3
‑
基频采样镜；4
‑
相位检测控制系统；5
‑
光束截面；101P
‑
第1子束相位调节器；10NP
‑
第N子束相位调节器；101
‑
第1子束；10N
‑
第N子束；201
‑
第1谐波转换器；20N
‑
第N谐波转换器。
具体实施方式
[0020]下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。
[0021]实施例1：
[0022]图1是本专利技术基于多光束相干叠加的高功率激光装置的实施例1示意图，由图可见，一种基于多光束相干叠加的高功率激光装置包括基频束组1，谐波转换器组2、基频采样镜3和相位检测控制系统4。所述基频束组1包含数量为N(N>1)的子束，分别为第i子束10i，其中i＝1，2
……
N(下同)，第i子束包括第i相位调节器10iP。所述第i子束10i入射到对应的第i谐波转换器20i，换为谐波后，剩余基频光经所述基频采样镜3透射采样后进入相位检测控制系统4，谐波经所述基频采样镜3反射后继续传输。相位检测控制系统4选取基频束组1
中任意子束相位作为参考子束，本实施例中采用第1子束101为参考子束，检测出所述第i子束10i(i＝2，
……
N)与所述第1小口径子束101相位差，调节第i子束的相位调节器10iP直至第i子束与第1子束101的相位差至2π的整数倍。
[0023]所述基频束组1内各子束之间空间上无重叠；子束的时域光谱特性基本一致；子束平均激光通量密度基本一致；子束到达所述基频采样镜前某一光束截面内的时刻一致。
[0024]所述第i子束10i在入射所述第i谐波转换器20i时为准直光束。
[0025]所述第i相位调节器1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多光束相干叠加的高功率激光装置，其特征在于，包括基频束组、谐波转换器组、基频采样镜和相位检测控制系统；所述的基频束组，包括N束子束、以及对应各子束的N个相位调节器；所述的谐波转换器组，由N个谐波转换器构成；每个子束入射到各自对应的谐波转换器，换为谐波后，剩余基频光经所述的基频采样镜采样后进入所述的相位检测控制系统，该相位检测控制系统选取基频束组中任意子束的相位作为参考子束，检测其它子束与该参考子束的相位差，并调节该子束对应的相位调节器，直至该子束与参考子束的相位差至2π。2.根据权利要求1基于多光束相干叠加的高功率激光装置，其特征在于，所述N束子束在入射所述谐波转换器时为准直光束，且各子束空间上无重叠，时域光谱特性一致，平均激光通量密度一致，经所述谐波转换器转换为谐波...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐顺兴，郭亚晶，姜秀青，宗楠，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：