一種單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高功率激光偏振勻滑領域，尤其涉及一種單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)，包括：一對1/4波片，所述一對1/4波片拼接設置，且所述一對1/4波片的晶軸以拼接線為對稱軸呈軸對稱；激光光源，其設置在所述一對1/4波片的入射光方向上，且所述激光光源發(fā)射的入射激光的偏振方向與所述一對1/4波片的拼接方向平行；聚焦透鏡，其設置在所述一對1/4波片的出射光方向上；其中，所述激光光源發(fā)射的入射激光穿過所述一對1/4波片轉化成左旋圓偏振激光和右旋圓偏振激光后再經(jīng)所述聚焦透鏡聚焦后射出。本發(fā)明提供了一種既能夠實現(xiàn)單光束圓偏振勻滑，又能夠明顯抑制非線性效應的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)。
【專利說明】-種單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及高功率激光偏振勻滑領域，尤其設及一種單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 高功率激光是研究高能密度物理一種重要的驅動手段，為了抑制激光驅動過程中 激光等離子體不穩(wěn)定（Laser Plasma Inst油ility,LPI)的問題，除了需要將常用的欽玻璃 近紅外激光進行頻率轉換，變成波長更短的=倍頻紫外激光外，還需要采用一些時間和空 間的束勻滑手段改善=倍頻焦斑的空間特性，其中偏振勻滑是一種非常有效的技術手段， 它通過在焦斑位置非相干疊加兩束相同能量的偏振激光實現(xiàn)焦斑的瞬態(tài)勻滑。目前針對單 光束偏振勻滑的技術主要包括用于紫外平行光段的模形KDP波片，或者用于紫外會聚光段 的近Z切割KDP波片，它們產(chǎn)生兩束正交偏振且同軸傳輸?shù)娜趶骄€偏振激光，然后通過聚 焦透鏡聚焦到一起，它們存在的問題是紫外光學元件損傷較為嚴重，特別是TSRS、TSBS、自 聚焦等紫外光學元件非線性效應引起的損傷。
【發(fā)明內容】
[0003] 針對上述技術問題，本發(fā)明設計開發(fā)了一種單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)，目的在于提 供一種既能夠實現(xiàn)單光束圓偏振勻滑，又能夠明顯抑制非線性效應的單光束圓偏振勻滑系 統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明提供的技術方案為：
[0005] -種單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)，包括：
[0006] 一對1/4波片，所述一對1/4波片拼接設置，且所述一對1/4波片的晶軸W拼接線 為對稱軸呈軸對稱，W將線偏振激光轉化為圓偏振激光；
[0007] 激光光源，其設置在所述一對1/4波片的入射光方向上，且所述激光光源發(fā)射的 入射激光的偏振方向與所述一對1/4波片的拼接方向平行，W將線偏振激光轉化為圓偏振 激光；
[000引聚焦透鏡，其設置在所述一對1/4波片的出射光方向上，W將兩束圓偏振激光聚 焦到一點；
[0009] 其中，所述激光光源發(fā)射的入射激光穿過所述一對1/4波片轉化成左旋圓偏振激 光和右旋圓偏振激光后再經(jīng)所述聚焦透鏡聚焦后射出，由于左旋圓偏振激光和右旋圓偏振 激光之間完全非相干疊加，所W在焦點位置能夠實現(xiàn)理想的偏振勻滑。
[0010] 優(yōu)選的是，所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)中，所述激光光源與所述一對1/4波片 之間還依次設置有二倍頻晶體和=倍頻晶體，所述=倍頻晶體的e軸方向與所述一對1/4 波片的拼接方向平行，從而將激光光源發(fā)射的入射激光轉化為=倍頻激光，實現(xiàn)=倍頻激 光的圓偏振勻滑。
[0011] 優(yōu)選的是，所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)中，所述聚焦透鏡的一側還設置有屏蔽 片，聚焦后的圓偏振激光經(jīng)所述屏蔽片射出，屏蔽片屏蔽出射激光打祀產(chǎn)生的碎片，對整個 系統(tǒng)起到保護作用。
[0012] 優(yōu)選的是，所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)中，所述激光光源與所述二倍頻晶體之 間設置有真空窗口，所述激光光源發(fā)射的入射激光經(jīng)所述真空窗口照射到所述二倍頻晶體 上。真空窗口密封激光打祀需要的高真空環(huán)境。
[0013] 優(yōu)選的是，所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)中，所述一對1/4波片的晶軸之間的夾 角為90度，能夠更好的將線偏振激光轉化成兩束正交的圓偏振激光，實現(xiàn)圓偏振勻滑。
[0014] 優(yōu)選的是，所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)中，所述激光光源發(fā)射的入射激光為欽 玻璃近紅外激光。
[0015] 優(yōu)選的是，所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)中，所述一對1/4波片為磯酸二氨鐘晶 體，它在垂直=倍頻激光偏振方向有最強的橫向受激拉曼散射TSRS增益，所述一對1/4波 片拼接方向與最強增益方向垂直，所W橫向增益路徑縮短一半，TSRS增益指數(shù)也減小一半， 所述一對1/4波片的TSRS效應被明顯抑制。
[0016] 優(yōu)選的是，所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)中，所述聚焦透鏡為烙石英玻璃，=倍頻 激光在聚焦透鏡內是圓偏振激光傳輸，圓偏振激光傳輸能夠減小聚焦透鏡的橫向受激布里 淵散射TSBS增益系數(shù)2倍，TSBS增益指數(shù)也減小2倍，聚焦透鏡的TSBS效應被明顯抑制。 同樣，圓偏振激光傳輸能夠減小聚焦透鏡的非線性折射率系數(shù)1/3,自聚焦增益指數(shù)也減小 1/3,聚焦透鏡的自聚焦效應被明顯抑制。
[0017] 本發(fā)明所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)中，欽玻璃近紅外激光（基頻激光）通過所 述真空窗口進入真空環(huán)境，所述二倍頻晶體將基頻激光按一定比例倍頻得到二倍頻激光， 所述=倍頻晶體高效和頻未轉化的基頻激光與二倍頻激光得到=倍頻激光，=倍頻激光經(jīng) 過所述一對1/4波片轉化為左旋圓偏振激光和右旋圓偏振激光，并經(jīng)所述聚焦透鏡聚焦后 打祀。由于所述一對1/4波片的晶軸W拼接線為對稱軸呈軸對稱，且=倍頻激光的偏振方 向與所述一對1/4波片的拼接方向平行，因此實現(xiàn)了 =倍頻激光的圓偏振轉化和圓偏振勻 滑，并很好地抑制了系統(tǒng)的非線性效應，增大了輸出能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[001引圖1是本發(fā)明所述的一對1/4波片的拼接示意圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)的示意圖；
[0020] 圖3是本發(fā)明所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)的俯視圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，W令本領域技術人員參照說明書文 字能夠據(jù)W實施。
[0022] 如圖1?3所示，本發(fā)明提供一種單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)，包括：
[002引一對1/4波片1，所述一對1/4波片拼接設置，一對1/4波片之間的間距越小，占用 光束面積越小，且所述一對1/4波片的晶軸2 W拼接線為對稱軸呈軸對稱，晶軸之間的夾角 為90度，一束線偏振激光經(jīng)過一對1/4波片轉化成兩束圓偏振激光。
[0024] 激光光源，其設置在所述一對1/4波片的入射光方向上，且所述激光光源發(fā)射的 入射激光3的偏振方向與所述一對1/4波片的拼接方向平行，所述激光光源發(fā)射的入射激 光為欽玻璃近紅外激光。
[0025] 聚焦透鏡4,其設置在所述一對1/4波片的出射光方向上，經(jīng)過一對1/4波片的S 倍頻激光5轉化為左旋圓偏振激光6和右旋圓偏振激光7后，由于左旋圓偏振激光和右旋 圓偏振激光之間完全非相干疊加，所W在聚焦透鏡的焦點位置能夠實現(xiàn)理想的偏振勻滑， 焦斑非均勻性減小倍。
[0026] 所述激光光源發(fā)射的欽玻璃近紅外激光（基頻激光）通過真空窗口 8進入真空環(huán) 境，二倍頻晶體9將基頻激光按一定比例倍頻得到二倍頻激光，=倍頻晶體10高效和頻未 轉化的基頻激光與二倍頻激光得到=倍頻激光，=倍頻激光經(jīng)過所述一對1/4波片轉化為 左旋圓偏振激光和右旋圓偏振激光，并經(jīng)所述聚焦透鏡聚焦后打祀。
[0027] 由于=倍頻激光波長短，所述一對1/4波片可能存在嚴重的橫向受激拉曼散射 TSRS非線性效應，所述聚焦透鏡可能存在嚴重的橫向受激布里淵散射TSBS和自聚焦非線 性效應，TSRS、TSBS和自聚焦等非線性效應的增益倍數(shù)與exp(glL)成正比，gIL為增益指 數(shù)。對于一對1/4波片的TSRS效應來說，g表示TSRS增益系數(shù)，I表示S倍頻激光強度，L 表示橫向增益路徑長度；對于聚焦透鏡的TSBS效應來說，g表示TSBS增益系數(shù)，I表示S 倍頻激光強度，L表示橫向增益路徑長度；對于聚焦透鏡的自聚焦效應來說，g與非線性折 射率系數(shù)成比例，I表示S倍頻激光強度，L表示聚焦透鏡的厚度。
[002引所述激光光源與所述一對1/4波片之間還依次設置有二倍頻晶體和=倍頻晶體， 欽玻璃近紅外激光（基頻激光）依次經(jīng)過二倍頻晶體和=倍頻晶體得到=倍頻激光，=倍 頻晶體的e軸方向與所述一對1/4波片的拼接方向平行。由于所述一對1/4波片口徑較大， 一般使用磯酸二氨鐘晶體材料（KD巧，它在垂直S倍頻激光偏振方向有最強的TSRS增益， 所述一對1/4波片拼接方向與最強增益方向垂直，所W橫向增益路徑縮短一半，TSRS增益 指數(shù)也減小一半，所述一對1/4波片的TSRS效應被明顯抑制。
[0029] =倍頻激光經(jīng)過所述一對1/4波片后轉化為左旋圓偏振激光和右旋圓偏振激光， 并被所述聚焦透鏡聚焦，聚焦透鏡為烙石英玻璃。=倍頻激光在聚焦透鏡內是圓偏振激光 傳輸，圓偏振激光傳輸能夠減小聚焦透鏡的TSBS增益系數(shù)2倍，TSBS增益指數(shù)也減小2倍， 聚焦透鏡的TSBS效應被明顯抑制。同樣，圓偏振激光傳輸能夠減小聚焦透鏡的非線性折射 率系數(shù)1/3,自聚焦增益指數(shù)也減小1/3,聚焦透鏡的自聚焦效應被明顯抑制。
[0030] 所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)中，所述聚焦透鏡的一側還設置有屏蔽片11，聚焦 后的圓偏振激光經(jīng)所述屏蔽片射出。
[0031] 所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)中，所述激光光源與所述二倍頻晶體之間設置有真 空窗口，所述激光光源發(fā)射的入射激光經(jīng)所述真空窗口照射到所述二倍頻晶體上。真空窗 口密封激光打祀需要的高真空環(huán)境。
[0032] 雖然采用拼接設置會減小光束面積（大約幾個百分點），從而部分減少=倍頻激 光能量，但是上述非線性效應的明顯抑制（至少1/3)則允許提高激光強度，所W總體而言， =倍頻激光能量不會減少，還可W增加。
[0033] 如果所述激光光源本身就是陣列化的，例如由四束激光組成2X2陣列，則不需要 采用拼接設置，直接用四塊完整的1/4波片替換，并將它們分成兩組共輛放置，則陣列疊加 焦斑同樣可W實現(xiàn)圓偏振勻滑，抑制非線性效應。
[0034] 本發(fā)明采用的技術方案通過一對1/4波片分別將對應一半口徑的光束，由線偏振 激光轉換成左旋圓偏振激光和右旋圓偏振激光，然后被聚焦透鏡聚焦到一點，由于左旋圓 偏振激光和右旋圓偏振激光之間完全非相干疊加，所W在焦點位置能夠實現(xiàn)理想的偏振勻 滑。同時由于采用了拼接設置和圓偏振激光傳輸，所W能夠明顯地抑制=倍頻元件的TSRS、 TSBS、自聚焦等非線性效應，該有利于改善系統(tǒng)的損傷情況，增大輸出能力。
[0035] 盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列 運用，它完全可W被適用于各種適合本發(fā)明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地 實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限 于特定的細節(jié)和該里示出與描述的圖例。
【權利要求】
1. 一種單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)，其特征在于，包括： 一對1/4波片，所述一對1/4波片拼接設置，且所述一對1/4波片的晶軸以拼接線為對 稱軸呈軸對稱； 激光光源，其設置在所述一對1/4波片的入射光方向上，且所述激光光源發(fā)射的入射 激光的偏振方向與所述一對1/4波片的拼接方向平行； 聚焦透鏡，其設置在所述一對1/4波片的出射光方向上； 其中，所述激光光源發(fā)射的入射激光穿過所述一對1/4波片轉化成左旋圓偏振激光和 右旋圓偏振激光后再經(jīng)所述聚焦透鏡聚焦后射出。
2. 如權利要求1所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)，其特征在于，所述激光光源與所述一 對1/4波片之間還依次設置有二倍頻晶體和三倍頻晶體，所述三倍頻晶體的e軸方向與所 述一對1/4波片的拼接方向平行。
3. 如權利要求2所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)，其特征在于，所述聚焦透鏡的一側還 設置有屏蔽片，聚焦后的圓偏振激光經(jīng)所述屏蔽片射出。
4. 如權利要求3所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)，其特征在于，所述激光光源與所述二 倍頻晶體之間設置有真空窗口，所述激光光源發(fā)射的入射激光經(jīng)所述真空窗口照射到所述 二倍頻晶體上。
5. 如權利要求1所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)，其特征在于，所述一對1/4波片的晶軸 之間的夾角為90度。
6. 如權利要求1所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)，其特征在于，所述激光光源發(fā)射的入 射激光為釹玻璃近紅外激光。
7. 如權利要求1所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)，其特征在于，所述一對1/4波片為磷酸 二氫鉀晶體。
8. 如權利要求1所述的單光束圓偏振勻滑系統(tǒng)，其特征在于，所述聚焦透鏡為熔石英 玻璃。
【文檔編號】G02B27/28GK104485575SQ201510006661
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2015年1月7日 優(yōu)先權日:2015年1月7日
【發(fā)明者】李富全, 賈懷庭, 王芳, 韓偉, 王文義, 周麗丹, 向勇, 王禮權, 馮斌, 鄭萬國, 朱啟華, 鄭奎興, 粟敬欽, 胡東霞, 魏曉峰, 張小民 申請人:中國工程物理研究院激光聚變研究中心