带受激光布里渊散射气池的位相共轭激光器

摘要

本发明公开了一种带受激光布里渊散射气池的位相共轭激光器。它依次包括谐振腔辅助端后镜，透射式布里渊散射高压气池，固体激光谐振腔体，谐振腔输出镜；或者依次包括反射式布里渊散射高压气池，固体激光谐振腔体，谐振腔输出镜。该激光器出射的激光束具有发散度小，接近衍射极限，光束质量好，且不受或少受腔内种种相位畸变的影响。

说明书

本发明涉及位相共轭激光器，尤其是涉及带受激布里渊散射气池的位相共轭激光器。

自1960年世界上出现第一台固体激光器以来，常规的固体脉冲激光器均是由激光谐振腔体、输出镜、后端镜及调Q器件组成。一般的调Q器件，可以用电光调Q、声光调Q、染料电调Q、色心调Q等多种。

常规固体激光器的光束质量受激光晶体的光学质量及腔内的相位干扰影响较大，例如当激光晶体中存在晶体缺陷不均匀性等造成的相位畸变时，就会使出射激光光束质量降低。因此，为获得高质量光束，就必须使用价格昂贵的高质量激光晶体。

另外，当常规固体激光器在高重复率下运行时，由于高频率的光泵在激光晶体中造成热畸变热透镜效应，这是一种瞬时效应，运行在不同重复率时产生不同的相位畸变，这就更加难以矫正与控制，往往在高重复率时光束发散度变大，质量降低，因此，人们一直在探索一种实时抵消静态或瞬态相位畸变的有效可行的方法。

另外，常规的电光调Q，需要有由价格昂贵的调Q晶体制成的泡克尔盒，而且此种器件又需要3kv以上开关直流高压，其突变沿要求小于100ns的开启前沿，且相对于闪光灯泵浦时间要有合适的延时，因此，需要一个复杂的专用高压直流供电系统。

而声光调Q对高能量激光器开关能力较差，染料调Q的激光器则输出不够稳定，器件寿命短，输出功率也不大。

本发明的目的是提供一种带受激布里渊散射气池的位相共轭激光器。

下面结合附图详细加以说明。

图1是带受激布里渊散射气池的位相共轭激光器示意图;

图2是带反射型受激布里渊散射气池的位相共轭激光器示意图。

本激光器依次包括谐振腔辅助端后镜1，透射式布里渊散射高压气池2，固体激光谐振腔体3，谐振腔输出镜4;或者依次包括反射式布里渊散射高压气池5，固体激光谐振腔体3，谐振腔输出镜4。其中：透射式布里渊散射高压气池是由高压密封容器构成，要求做到容器耐压30～40大气压，并且有足够好的密封性以保证长时间工作无漏气现象，气池配有气压表（4.0MP_a）及进气阀。池内充入SF_b气体（约16～22MP_a）。池内置一望远镜系统，二透镜的焦距分别为：f₁＝20～50mm，f₂＝20～50mm，这样便构成了SBS高压池。固体激光谐振腔体，即为常规的各种型式的泵浦腔，如椭圆镜面反射腔、漫散射腔等。激光晶体为Nd：YAG或其它晶体，例如Nd：Cr：GSGG、Nd：YAP等。单灯泵浦能量在30～50J/PPS，视所用的激光晶体种类、尺寸及泵浦腔效应而定。谐振腔输出镜为反射率在R＝10～50%的凹面或平面反射镜。谐振腔辅助后端镜反射率在20～100%之间，曲率半径在ρ＝3m～∞。按图1所示组成一个激光谐振腔，取腔长L＝80～140cm，SBS池到输出镜距离L_SBS＝50～80cm，按常规调整激光器的方法，利用He-Ne激光器调整出激光自由振荡后，充入SF_b气体稍作调整，便可获得调Q的激光输出脉冲。反射式布里渊散射高压气池由透射式布里渊散射高压气池和谐振腔辅助后端镜组成，池内置一对射式望远镜系统，望远镜的前透镜的焦距f₁＝20～40mm，后反射镜的曲率半径R₂＝10mm～40mm。按图2组成激光腔，作类似调整。

本发明的工作原理为：由气池中望远系统焦点附近大激光功率密度造成的受激布里渊散射，其中以后向散射最占优势，在SF_b高压气体中，后向散射的反射率可以达到80%，且具有位相共轭特性。因此，当激光腔内自由振荡达到一定强度后，SBS池就成了一个位相共轭反射镜，以取代原来的后端镜M₂，而与M₁构成了一个位相共轭激光谐振腔。由于SBS位相共轭反射镜的反射率随光强增加而增加，加之它抵消了腔内部分相位畸变，腔长也大为缩短，从而大大减少了衍射损耗，而使其腔内Q值在SBS产生时突然增大，形成了调Q脉冲。一般输出的激光脉冲能量可达100mj，，脉冲宽度在15～30ns，视腔长不同而异，在调整正确时，光斑空间模式可达TEM_oo模，光斑直径约为1.5～2.5mm，远场发散角可在1mrad以下，并可在1～10Hz重复率下正常工作。

与常规的固体激光器相比，本激光器具有如下优点：

（1）由于受激布里渊散射具有位相共轭特性，因此由该激光器出射的激光束具有发散度小，接近衍射极限，光束质量好，且不受或少受腔内种种相位畸变的影响，例如，利用大尺寸低质量激光晶体或已受损的激光晶体，或当所用晶体具有较大热畸变效应时，运用此系统得到的激光光束质量显然优于常规的激光器。

（2）由于该激光器的自调Q特性，使该激光器无需常规激光器所必须的电光调Q器件或其它调Q器件。就可获得调Q脉冲，从而省去了价格昂贵的调Q晶体及Q开关必须的高压电源（3kv）而与其它调Q比，例如用染料电调则一般无法达到如此高的输出功率。因此，利用SBS气池可简便易行地实现调Q。

（3）采用SBS池后，特别是第二种型式，使后反镜与池一体，使整机结构简单，调整方便，造价降低。