[发明专利]一种利用受激布里渊散射实现腔内激光整形的方法和装置

说明书

技术领域

本发明为一种利用受激布里渊散射技术实现腔内激光整形的方法和装置，与激光器的光束质量控制与整形技术有关，可以实现对一种或多种激光器的光束质量改善。

背景技术

激光器的光束质量是激光器的重要性能参数，高质量的激光光束要求较小的发散角，较好激光能量均匀性和尽可能小的光畸变。激光光束质量的控制和改善方法可分为两大类，一种是优化激光器的热管理和腔型设计等，从引起激光光束质量变差或产生激光畸变的原因出发，减小或者消除不利因素，提高光束质量；另一种方案是采用非线性光学技术等方法，采用相位共轭等技术对激光器的波前畸变或散焦聚焦等进行补偿，达到对光束质量的改善。

在上述方法中，采用优化激光器热管理和腔型设计的办法非常困难，而且受制于激光器件的技术水平，因此从这类方法入手改善光束质量进展缓慢。采用非线性光学方法改善光束质量的方法多为腔外受激布里渊散射，由于一般采用单次或两次通过布里渊增益池，因此光束质量改善效果有限。

本发明采用一种在激光谐振腔内增加受激布里渊活性介质的方法，并设计了相应的装置，通过腔内受激布里渊散射，改善激光器的光束质量。本发明采用的方法还可以选择激光偏振态。

发明内容

为更好更便利的改善激光器的输出光束质量，提出了一种在激光谐振腔内增加受激布里渊活性介质的方法，并设计了相应的装置，通过腔内受激布里渊散射，改善激光器的光束质量。本发明的具体设计方案如下：

一种利用受激布里渊散射技术实现腔内激光整形的方法，包括由二个全反镜及它们之间的激光增益介质构成的激光谐振腔，具体是：将一个布里渊介质增益池放置在激光谐振腔内光束的束腰、焦点或光斑最小的位置处，布里渊介质增益池的入光窗口和出光窗口处于激光谐振腔内的光路上，布里渊介质增益池位于激光增益介质的一侧，并在布里渊介质增益池两侧分别放置1/4波片，在激光增益介质的一侧放置一个偏振分光元件，激光增益介质与偏振分光元件相邻，偏振分光元件可以将受激布里渊散射光输出。激光增益介质与偏振分光元件相邻是指在激光增益介质远离布里渊介质增益池的一侧放置偏振分光元件；或在靠近布里渊介质增益池的一侧放置偏振分光元件。

本发明采用的方法还可以选择激光偏振态，未经布里渊介质时激光为线偏振光，受激布里渊散射光不改变激光偏振态，后向布里渊散射光经1/4波片后变为偏振方向和原激光偏振方向垂直的线偏振光，因此可以通过偏振分光学元件将后向受激布里渊散射光输出，该方法输出的激光为线偏振光。

在本发明中，需要将布里渊散射介质增益池放置于激光腔内光斑较小的位置，可以增大激光功率密度，提高受激布里渊散射效率。

为实现上面提出的方法，设计了采用受激布里渊散射技术实现腔内激光整形的装置，包括激光谐振腔，布里渊活性介质和偏振元件；沿光轴方向依次放置有左侧全反腔镜，激光增益介质，偏振分光元件，第一1/4波片，布里渊增益池，第二1/4波片和右侧全反腔镜。该装置中采用的偏振分光元件可以是布儒斯特窗，格兰棱镜或者偏振分光片。本发明中偏振分光元件还可以放置在激光增益介质靠近布里渊增益介质一侧，此时也能实现腔内整形的目的，但效果不如放置在远离布里渊增益介质一侧好。

附图说明

图1为本发明涉及的采用受激布里渊散射技术实现腔内激光整形的装置结构图；

图中：1—左腔镜(全反射)，2—偏振分光元件，3—激光增益介质，4—第一1/4波片，5—布里渊增益介质，6—第二1/4波片，7—右腔镜(全反射)。图中双箭头实线代表激光在腔内谐振方向，带箭头虚线代表受激布里渊散射光输出方向；

图2为本发明采用的另一种方案的装置结构图；

图中：1—左腔镜(全反射)，2—偏振分光元件，3—激光增益介质，4—第一1/4波片，5—布里渊增益介质，6—第二1/4波片，7—右腔镜(全反射)。图中双箭头实线代表激光在腔内谐振方向，带箭头虚线代表受激布里渊散射光输出方向。

具体实施方式

结合附图，下面将举例具体描述本发明的具体实施方式。

实施例1

采用SF6作为布里渊活性介质对Nd：YAG激光器的光束质量进行改善。

在Nd：YAG激光器的光腔中，加入一个充满SF₆的受激布里渊散射池，具体实验装置为，将一个布里渊介质增益池放置在激光谐振腔内，如附图1或2所示，YAG晶体的左侧为左全反腔镜，YAG晶体的右侧放置一个格兰棱镜，格兰棱镜右侧放置一个1/4波片，再右侧放置一个布里渊介质增益池，增益池内充有20个大气压的SF₆，布里渊介质增益池的右侧放置一个1/4波片，最右侧1/4波片的外侧也是全反腔镜。在YAG激光的起振过程中，由于格兰棱镜的存在，未经受激布里渊散射改善的基频激光的振态为水平线偏振，在两个腔镜之间振荡，因此不会从激光腔中输出；YAG激光经过布里渊介质增益池产生的后向受激布里渊散射不改变偏振态，经左侧1/4波片后转变为垂直线偏振态，可以经格兰棱镜输出，由于受激布里渊散射可以补偿相位畸变，因此其光束质量好于基频光，采用这种方法可以改善Nd：YAG激光器的光束质量。初步结果表明，采用本发明可改善YAG激光光束质量，将输出激光束的M²因子由2.5提高到2，并提高输出光斑能量分布均匀性，RMS由2.5％提高到1.5％。