[发明专利]一种多段锥度光纤相位共轭镜

说明书

该申请为专利申请日为2013.09.03，专利申请号为201310397026.X，发明名称为多段锥度光纤相位共轭镜及其激光双程放大装置和方法的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种多段锥度光纤相位共轭镜。

背景技术

受激布里渊散射(SBS)自从被证明可以矫正激光波前畸变以后，就不断地被人们用作相位共轭镜来改善激光光束质量。带有SBS相位共轭镜的双程主振荡-功率放大激光系统(MOPA)是一种在不牺牲激光光束质量的前提下提升激光输出功率的有效手段。

目前，已有的基于SBS相位共轭镜的高重频大能量MOPA系统大都是基于液体相位共轭镜或者气体相位共轭镜。虽然液体和气体相位共轭镜可以有较高的SBS反射率，并且发展也较为成熟，但是在实际应用中，却有种种不便。对于气体介质，必须采用高压来提高其密度和相应的SBS增益作用；对于液体介质，由于其纯度对击穿阈值和相位共轭度有一定的影响，因此使用之前最好进行提纯，并且还会有一定的毒性。因此，寻找高增益、高稳定性的固体SBS介质，探索提高固体相位共轭镜负载能力的方法，建立高效、安全、结构紧凑、操作方便的相位共轭系统，实现全固化的带相位共轭镜的MOPA激光系统就显得更有重要的实际意义。

到目前为止，国内外已有一些基于固体相位共轭镜的MOPA激光系统的报道，但是这些基于固体SBS相位共轭镜的MOPA激光系统无论是在重复频率还是在峰值功率方面均不尽如人意。主要原因是光纤作为相位共轭材料虽然无毒，但光纤由于具有非常小的横截面积带来了光纤损伤阈值的降低，在高功率高重复率条件下极易损坏。虽然也有锥度光纤相位共轭装置应用于高重复率高功率激光系统，但是这种装置工作的动态范围较小，难以用于实际的激光系统。本发明采用一种多段锥度光纤相位共轭镜的装置及方法，克服了普通锥度光纤相位共轭装置动态范围小、端面易损伤的缺点，同时又具有较高的激光反射率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种多段锥度光纤相位共轭镜及其激光双程放大装置和方法。

多段锥度光纤相位共轭镜由四段芯径不同的光纤和三个过渡锥形组成，第一段光纤的纤芯直径d1为2mm～5mm，长度L1为0.1m～3m，第二段光纤的纤芯直径d2为1mm～2mm，长度L3为0.1m～3m，第三段光纤的纤芯直径d3为0.1mm～1mm，长度L5为0.1m～20m，第四段光纤的纤芯直径d4为1mm～4mm，长度L7为0.1m～20m，第一个过渡锥形的纤芯直径从d1逐渐变化为d2，第一个过渡锥形的长度L2为0.1m～3m，第二个过渡锥形的纤芯直径从d2逐渐变化为d3，第二个过渡锥形的长度L4为0.1m～3m，第三个过渡锥形的纤芯直径从d3逐渐变化为d4，第三个过渡锥形的长度L6为0.1m～3m，多段锥度光纤的总长度为1m～50m，光纤端面具有平整光滑的高光洁度平面，光纤的材料采用石英。

基于多段锥度光纤相位共轭镜的激光双程放大装置包括沿光轴方向顺次放置的激光器、第一偏振片、λ/2波片、法拉第磁致旋光器、第二偏振片、激光放大器、λ/4波片，第一透镜、第二透镜和多段锥度光纤，其中，所述第一透镜为凸透镜，第二透镜为凹透镜，第一透镜和第二透镜组成望远镜系统，第一透镜的焦距f₁＝100mm～1000mm，第二透镜的焦距f₂＝-20mm～-1000mm；第一透镜和第二透镜之间的距离D₁＝f₁+f₂＝20～1000mm。

基于多段锥度光纤相位共轭镜的激光双程放大方法包括如下步骤：

1)从激光器输出的初始偏振态为P的激光通过由第一偏振片、λ/2波片、法拉第磁致旋光器和第二偏振片组成的光学隔离系统后进入激光放大器进行单程放大；

2)单程放大后的激光光束经过λ/4波片后偏振态变为圆偏振，然后进入由第一透镜和第二透镜组成的望远镜系统，对光束进行缩束，缩束后的探测光束束腰处直径小于多段锥度光纤入射端面的直径d1，为光纤入射端面的直径d1的0.6～0.95倍，多段锥度光纤的入射面放置于入射光束的束腰位置；