[实用新型]一种纵向局部扩束三倍频激光终端光学系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及高功率激光领域，尤其涉及一种纵向局部扩束三倍频激光终端光学系统。

背景技术

惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)是实现可控热核聚变的有效途径之一，世界各大国均在积极开展相关研究。目前已建成和正在建造的有多台大型激光装置用于ICF研究，例如美国NIF装置，法国LMJ装置，中国神光系列装置等。由于钕玻璃激光具有输出大能量且易于控制的特点，所以大部分装置都基于钕玻璃激光进行设计。为了抑制打靶过程中的激光等离子体不稳定(Laser Plasam Instablity,LPI)问题，需要将钕玻璃近红外激光进行频率转换，变成波长更短的三倍频紫外激光，但是近期各装置的运行均暴露出一个严重的工程问题，三倍频激光终端光学系统(主要完成频率转换和光束聚焦功能)的紫外段光学元件损伤严重，增加了装置的运行成本，降低了装置的运行效率。实际上，装置基频段光学元件的运行情况则要好得多，可见存在基频段与三倍频段光学元件负载不匹配的问题，为了解决这个问题，最简单也是最有效的办法是对三倍频激光终端光学系统进行扩束，降低三倍频激光平均通量，但是扩束往往会带来成本和系统复杂性的显著增加，实施难度很大，本专利的提出正是为了解决这个问题。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型设计开发了一种纵向局部扩束三倍频激光终端光学系统，目的在于提供一种既能够实现局部扩束，降低三倍频激光平均通量，缓解严重的紫外损伤问题，又能够节省实施成本和降低系统复杂性的高能量三倍频激光终端光学系统。

本实用新型提供的技术方案为：

一种纵向局部扩束三倍频激光终端光学系统，包括：

沿入射激光传输方向依次排布的二倍频晶体、第一柱面聚焦透镜、三倍频晶体和第二柱面聚焦透镜，

其中，所述三倍频晶体和第二柱面聚焦透镜均倾斜设置，且所述三倍频晶体沿其竖直旋转轴倾斜，所述第二柱面聚焦透镜沿其水平旋转轴倾斜，所述三倍频晶体的竖直旋转轴和第二柱面聚焦透镜的水平旋转轴相互正交。将三倍频晶体和第二柱面聚焦透镜大角度倾斜使用，能够显著增加透射光束在光学元件表面和体内的光束面积，实现三倍频激光终端光学系统负载瓶颈段的等效局部扩束，降低三倍频激光平均通量，从而改善三倍频光学元件的损伤情况，增大三倍频激光终端光学系统的输出能力；相比传统的横向系统扩束设计，本实用新型只针对三倍频激光终端光学系统必要的光学元件倾斜，实现局部扩束，能够降低实施成本和系统复杂性。

优选的是，所述的纵向局部扩束三倍频激光终端光学系统中，所述三倍频晶体的倾斜方向为三倍频晶体的o轴方向，所述第二柱面聚焦透镜的倾斜方向平行于三倍频晶体的e轴方向。这样对于三倍频段的第二柱面聚焦透镜及其后面的光学元件来说，基频和三倍频激光是p偏振，二倍频激光是s偏振，它们即使不镀膜，基频和三倍频激光也能高效透射，二倍频激光有一定的反射而进行频率分离，从而有效避免了真空环境下光学元件膜层退化的问题。而且光学元件大角度倾斜透射，使光学元件表面剩余反射激光不会聚产生损伤其它光学元件的鬼光，就直接被侧壁吸收，从而实现了“无鬼光”的终端光学系统。

优选的是，所述的纵向局部扩束三倍频激光终端光学系统中，所述第一柱面聚焦透镜的聚焦方向与所述三倍频晶体的o轴方向平行。将第一柱面聚焦透镜设置在三倍频晶体前，利用了三倍频晶体对o轴方向光束发散角不敏感的特点，不影响三倍频转换效率，同时能够减少三倍频段光学元件的数量和厚度，有利于缓解激光损伤问题。

优选的是，所述的纵向局部扩束三倍频激光终端光学系统中，所述第二柱面聚焦透镜后还设置有屏蔽片，所述屏蔽片的倾斜方向平行于所述第二柱面聚焦透镜的倾斜方向。聚焦激光经屏蔽片射出，屏蔽片阻挡出射激光打靶产生的碎片，对整个系统起到保护作用。

优选的是，所述的纵向局部扩束三倍频激光终端光学系统中，所述二倍频晶体前还设置有真空窗口，入射激光经所述真空窗口进入所述二倍频晶体中。真空窗口密封激光打靶需要的高真空环境。

优选的是，所述的纵向局部扩束三倍频激光终端光学系统中，所述入射激光为钕玻璃近红外激光。