運(yùn)用熔石英材位體扼制鏡材的泵浦光束新型體系

1、運(yùn)用熔石英材位體扼制鏡材的泵浦光束新型體系1實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置如1所示。由振蕩級(jí)發(fā)出的脈沖激光經(jīng)過光隔離器后 又二級(jí)放大，放大后的激光脈沖由透鏡會(huì)聚在熔石英棒內(nèi)。裝置中的激光振蕩級(jí)如2所示(即1中oscillator部分)。m 1 是對(duì)波長(zhǎng)為1 064 nm的全反平凹鏡，p 1為偏振片，zbr1為補(bǔ)償鏡。 振蕩級(jí)的輸出鏡采用標(biāo)準(zhǔn)具組結(jié)構(gòu)，由二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具組成，標(biāo)準(zhǔn)具之間 的空氣間隙需保證二標(biāo)準(zhǔn)具高度平行。這樣組成的標(biāo)準(zhǔn)具組整體等效 反射率為40 %使用了這樣的標(biāo)準(zhǔn)具組后激光輸岀中的縱模個(gè)數(shù)減 少，提高了輸出激光的相干長(zhǎng)度，以降低產(chǎn)生sbs的閾值，提高sbs 的反射率。1中的放大級(jí)由兩根直徑為6 mm

2、 ,長(zhǎng)160 mm的nd : yag 棒(中amplifieri , amplifier2)構(gòu)成。其中l(wèi)i, l2為擴(kuò)束鏡，用來 增大模式體積和提高放大級(jí)的放大效率。偏振片p2, p3,和法拉第 旋光器(faraday 1)組成隔離器，是為了防止由熔石英產(chǎn)生的相位共 軌光經(jīng)過雙通放大后的光反向注入振蕩級(jí)中，造成對(duì)振蕩級(jí)的破壞。 22. 5。放置的x/2波片是為了改變偏振方向。透鏡l3, l4以及sr1 (90。石英旋光片)組成4 f成像系統(tǒng)，成為了像傳遞系統(tǒng)和空間濾波 器，一方面保證了相位共軌效應(yīng)更完善，另一方面用來消除放大級(jí)徑 向及切向熱透鏡效應(yīng)上的差異。4f系統(tǒng)的焦點(diǎn)應(yīng)處于真空管中，防止

3、空氣被高功率激光擊穿。zbr2及zbr3為補(bǔ)償鏡：在100 hz時(shí)分別 用焦距為400 mm及450 mm的平凹鏡；在400 hz時(shí)兩處都采用焦 距為.350 mm及-300 mm的平凹鏡組。sr2也是90。石英旋光片。 output 1處放置spricon m2200 m 2儀用來測(cè)量系統(tǒng)的m 2值等參數(shù)。 通過兩次放大后的激光通過匸410 mm的透鏡l 5聚焦射入熔石英棒 中。p4和法拉第旋光器組合成隔離器。g 1為未鍍膜的普通玻璃白 片,反射率為1/ 11 在output2和output3處分別用功率計(jì)測(cè)量功率以 計(jì)算sbs反射率，并用pin管和示波器觀察這兩處的波形以獲得sbs 入射光

4、和出射光的波形。sbs反射后的光斑可以在p4的反射處觀察, 或者在output 1處觀察，這是由于sbs反射光退偏后的部分泄漏光經(jīng) 過返回后的二級(jí)再放大，一方面具有較大的能量，另一方面也反映出 二次通過放大級(jí)對(duì)放大級(jí)畸變的補(bǔ)償作用，觀察其光斑質(zhì)量更加有 利。實(shí)驗(yàn)中使用的熔石英棒直徑30 mm ,長(zhǎng)200 mm.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)頻率100 hz下，當(dāng)入射能量到達(dá)34 mj時(shí)，達(dá)到熔石英生 sbs的閾值，此時(shí)在偏振片p 4的反射方向上可以看到閃爍的sbs 反射光。在outputl處用照相紙觀察光斑，發(fā)現(xiàn)雙通放大后的光斑呈 規(guī)律性的閃滅。這是市于輸入功率在sbs閾值附近，使得sbs反射 還不穩(wěn)定的原因

5、。反射率隨入射能量的增加而增加，觀察outputl處 的輸出，在sbs輸入能量約為51 mj時(shí)，sbs反射光已經(jīng)變得十分 穩(wěn)定，也就是說輸入功率已經(jīng)遠(yuǎn)超過sbs閾值，進(jìn)入正常穩(wěn)定的sbs 過程。實(shí)驗(yàn)中我們從該值開始測(cè)量了不同輸入能量下所對(duì)應(yīng)的sbs 反射率，如所示。可以看到，反射率隨著泵浦功率增加而遞增。這與 大部分的sbs實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似。當(dāng)輸入能量達(dá)到60. 1 mj時(shí)，sbs反 射率提高到24. 33 % ,在穩(wěn)定工作了 lmin之后，熔石英棒在焦點(diǎn)處 出現(xiàn)損壞。在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)沒有觀察到反射率飽和的現(xiàn)象。分析其 原因，是因?yàn)槿肷浼す獾闹貜?fù)頻率和單脈沖能量都較大，而且入射激 光并不是嚴(yán)格的單

6、縱模，導(dǎo)致了石英棒中熱量不斷地集聚而得不到釋 放，這勢(shì)必影響石英棒的損壞閾值，使之比小重復(fù)率單縱模泵浦情況 下的值大為減小。特別是在正常工作了 lmin左右的時(shí)間里，熱量的 不斷累積，最終造成石英棒的損壞。實(shí)驗(yàn)的測(cè)量誤差在±5 %.使用spricon m2200 m2儀,在output 1處測(cè)量了通過熔石英產(chǎn) 生的部分相位共轆光通過兩次放大后的m2值，并采集了光斑圖像， 如（a）所示。在不同的輸入能量下測(cè)量得到的m2值在誤差范圍內(nèi) 基本相等，在x方向的m 2 x為1。74, y方向的m2y為1. 66.為作比較，采用0。全反鏡代替熔 石英棒，在output 1處測(cè)量得到x方向的m 2

7、 x為3。32, y方向的m2y為2.61 ,采集的光斑圖像如（b）所示。 可以明顯的看到，采用熔石英作為相位共轆鏡大大改善了光束質(zhì)量。4通過熔石英棒反射的和通過0。全反鏡反射的雙通放大后的遠(yuǎn) 場(chǎng)光斑實(shí)驗(yàn)中還使用示波器在output2處測(cè)量輸入光的波形如（a）所 示,在output3處測(cè)量sbs反射光的波形如（b）所示。由圖可見， sbs反射光的脈寬約為入射光脈寬的一半，脈沖被大大壓縮，且sbs 反射光脈沖上升沿比入射光陡峭很多。在重復(fù)頻率400 hz下，當(dāng)入射能量達(dá)到35 mj的時(shí)候，我們觀 測(cè)到了微弱的sbs現(xiàn)象，與100 hz時(shí)的34mj相比，可認(rèn)為在誤差 范圍內(nèi)是相等的。也就是說，重復(fù)

8、頻率的變化對(duì)熔石英的sbs閾值 影響不大。在入射能量為46. 1 mj , 56 mj下測(cè)量的sbs反射能量分 別為0. 56 mj , 2.2mj ,對(duì)應(yīng)sbs反射率分別為1.2% , 319%同樣，在output 1處使用spricon m2200 m 2儀測(cè)量了通過熔石 英產(chǎn)生的部分相位共軌光通過兩次放大后的m 2值，在x方向的m2 x為2。10,在y方向的m 2 y為2. 12.而采用0。全反鏡代替熔石英， 在x方向測(cè)量得到的m2x為3。90,在y方向測(cè)量得到的m 2 y為4. 19.證明在高重復(fù)頻率下 使用熔石英作為相位共軌鏡對(duì)提高光束質(zhì)量有更重要的意義。而此時(shí) 使用示波器觀察的入射光脈寬為56. 69 ns , sbs反射脈寬為28. 84 ns. 與100 hz時(shí)相同，sbs反射脈沖的上升沿也很陡峭。3結(jié)論用熔石英棒作為相位共轆鏡材料，在ld泵浦的激光mopa系 統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了 100 hz和400 hz重復(fù)率下的相位共軌雙通放大輸出。在 ld泵浦的激光mopa系統(tǒng)中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究表明，在高重復(fù)率高功 率下，利用熔石英棒受激布里淵散射相位共轆改善光束質(zhì)量是可行 的。實(shí)驗(yàn)表明，反射率尚未達(dá)到飽和的情況下由于高重復(fù)率和較大的 輸入能量，出