[发明专利]一种基于大功率气流化学激光系统的双级注入放大装置

说明书

技术领域

本发明属于化学激光器件领域，具体涉及一种基于大功率气流化学激光系统的双级注入放大装置。

背景技术

化学激光是通过化学反应直接产生激发态粒子而得到的激光，它具有许多其它激光器无法比拟的特点：直接将化学反应的化学能转化为其它能量而不需外部能源；激光谱线丰富，波长涵盖近红外和中红外范围，具有良好的大气传输特性；输出功率和能量转换效率都很高；工程可放大性好等，因此自问世以来，化学激光器被广泛应用于工业、科研、医疗等领域并且得到迅速的发展。工作在中红外波长范围的气流化学激光器如HF/DF、HBr、CO₂等激光器通常是多谱线运转，而在实际工作中往往要求激光器以某些特定波长运转，因此中红外气流化学激光器的单谱线运转变得十分有意义。

腔内闪耀光栅进行选线是目前用于激光器实现选线输出的一种重要方法。闪耀光栅具有很强的光谱分辨本领，它是通过特殊的刻划方法，将光栅的单槽衍射零级与槽间干涉零级错开，从而将光能转移到所需的一级衍射上去。使用闪耀光栅进行选线，需满足光栅方程（其中θ分别是入射角和衍射角，d为刻线间距离，m为衍射级次），当入射角与衍射角θ相等时，光栅以自准直方式（Littrow结构）工作，所对应波长的激光在腔内实现振荡，实现选线激光的输出。使用闪耀光栅作为腔镜进行选线，其结构简单，操作便捷，并且采用金属基底水冷型的闪耀光栅可以得到较大功率的输出激光。但对于大功率气流化学激光器，特别是长时间连续运转的激光器来说，腔内的过高功率密度依然会对闪耀光栅造成致命损伤，因此采用闪耀光栅直接选线实现大功率化学激光输出的方法并不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于大功率气流化学激光系统的双级注入放大装置，该装置采用种子激光注入初级激光放大器进行放大后再注入到二级放大器进行放大输出的结构，可实现选线化学激光的高功率、单模、线偏振输出。

为实现本发明的目的，具体技术解决方案是：

一种基于大功率气流化学激光系统的双级注入放大装置，其特征在于包括种子激光器、初级注入放大器和二级注入放大器；在所述种子激光器中输出的光经平面全反射镜Ⅰ和平面全反射镜Ⅱ反射进入初级注入放大器，在初级注入放大器放大后的光经平面全反射镜Ⅳ输出进入缩束器，经缩束的光进入二级注入放大器并将放大后的光输出；

初级注入放大器包括平凹反射镜Ⅱ，所述平凹反射镜Ⅱ中心设置有通孔；用于经平面全反射镜Ⅱ反射的光通过通孔输入到扩束器上；扩束器由凹透镜和凸透镜组成；平凹反射镜Ⅲ，用于将经扩束器扩大的光输出到平面衍射光栅Ⅱ上；平面衍射光栅Ⅱ，用于选取所述平凹反射镜Ⅲ输出的满足光栅一级衍射波长的光；布儒斯特片Ⅰ，用于将经平面衍射光栅Ⅱ的一级衍射波长的光汇聚到初级注入放大模块中；布儒斯特片Ⅱ，用于将在初级注入放大模块中放大后的光输出到平面反射镜Ⅲ上；平面反射镜Ⅲ，用于将来自布儒斯特片Ⅱ的光反射到刮刀镜Ⅰ上；刮刀镜Ⅰ，用于将平面反射镜Ⅲ反射的光穿过刮刀镜Ⅰ汇聚于平凹反射镜Ⅱ上，并将放大的光在刮刀镜Ⅰ上耦合输出到平面全反射镜Ⅳ上；

二级注入放大器包括平面反射镜Ⅴ，所述平面反射镜Ⅴ中心设置有通孔，用于经缩束器缩束的光通过通孔输入到二级注入一次放大模块和二级注入二次放大模块中；刮刀镜Ⅱ，用于将经二级注入一次放大模块和二级注入二次放大模块放大后的光输出到平凸反射镜上，并将二级放大后的光在刮刀镜Ⅱ耦合输出；平凸反射镜，用于将穿过刮刀镜Ⅱ的光反射平凹反射镜Ⅳ上；平凹反射镜Ⅳ，用于将平凸反射镜反射的光输出到二级注入三次放大模块和二级注入四次放大模块中；平面反射镜Ⅵ，用于将二级注入三次放大模块和二级注入四次放大模块放大后的光反射到平面反射镜上。

本发明的上述技术方案，种子激光器由同轴设置的闪耀光栅Ⅰ、光阑、F-P标准具、布儒斯特片Ⅲ、种子光增益区、平凹输出耦合镜Ⅰ构成；所述闪耀光栅Ⅰ和平凹输出耦合镜Ⅰ之间组成谐振腔，邻近闪耀光栅Ⅰ的一侧依次为光阑、F-P标准具、布儒斯特片Ⅲ、种子光增益区，所述平凹输出耦合镜Ⅰ邻近所述平面全反射镜Ⅰ设置，并将放大后的光耦合输出到平面全反射镜Ⅰ上。

本发明激光装置的工作过程如下：