[发明专利]补偿正B积分相移的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及补偿正B积分相移的装置与方法。

背景技术

在高功率固体激光系统中，B积分作为光场传输过程中的非线性相移，决定了光束波前的畸变的程度，当B积分达到一定值后会导致放大级的光学介质材料出现不可逆损伤。因此，B积分的值可以衡量系统非线性效应的严重程度，对激光器总体设计、工程研制和安全运行具有重要的意义。美国利弗莫尔实验室的Perry.M.D认为为保证输出脉冲质量，整个激光系统的B积分值应当小于或等于1，并把它作为激光系统总体设计的判据之一，因此如何抑制非线性效应对光束传输的影响是十分重要的。以固体激光器常用的增益介质Nd：YAG晶体为例，B积分较高后会使晶体出现光束分裂和成丝现象。

现有解决B积分影响的方法，通常采用空间滤波技术；如图1所示，首先将一束光垂直入射到物平面，因为物平面置于聚焦透镜1的前焦面(物面)，所以光束在聚焦透镜1的后焦平面(频谱面)上汇聚，得到物的空间频谱，若在透镜的公共焦点处放置适当的滤波小孔2，将空间频谱中的中高频成份拦截掉，滤波后的光束再被准直透镜3准直，在准直透镜3的后焦平面(输出面)上就能得到滤波后的像。在此种方法中，空间滤波器往往需要被放置在真空环境中以防止空气击穿，组成空间滤波器的透镜焦距也往往比较大，用来降低远场强度延迟堵孔时间，这就大大增加了高功率激光装置的规模和辅助真空设备的投入以及维护，并降低了系统应用的便利性。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种利用具有负非线性折射率材料来补偿固体激光器中正B积分相移的装置与方法，其具有简单、有效、高速的特点，能够抑制固体激光器中出现的非线性效应。

为实现上述目的，本发明提供一种补偿正B积分相移的装置，包括以光线传播方向依次放置的光处理组件、光补偿组件和结果检测组件，所述光补偿组件与其安装位为可拆卸连接；

所述光处理组件的光学元件包括：以光线传播方向依次放置的再生光源和扩束系统；

所述光补偿组件的光学元件包括：以光线传播方向依次放置的补偿薄片和缩束系统，所述补偿薄片为具有负非线性折射系数的补偿薄片；

所述结果检测组件的光学元件包括：以光线传播方向依次放置放大级模块、衰减器和感光元件。

作为本发明的进一步改进，所述再生光源采用1064nm波长的皮秒脉冲激光。

作为本发明的进一步改进，所述扩束系统包括一个输入的凹透镜和一个输出的凸透镜，且凸透镜的焦距大于凹透镜的焦距。

作为本发明的进一步改进，所述补偿薄片的补偿材料为具有负非线性折射系数的砷化镓材料。

作为本发明的进一步改进，所述补偿薄片的补偿厚度取决于补偿材料的负非线性折射率系数大小、放大级模块中固体增益介质的正非线性折射率系数大小及介质长度。

作为本发明的进一步改进，所述缩束系统包括一个输入的凸透镜和一个输出的凹透镜，且凸透镜的焦距大于凹透镜的焦距。

作为本发明的进一步改进，所述放大级模块为Nd：YAG放大模块。

作为本发明的进一步改进，所述感光元件为CCD图像传感器。

本发明还提供一种补偿正B积分相移的补偿方法，包括：

步骤1、再生光源射出脉冲激光，并通过扩束系统使激光光斑扩大并平行出射；

步骤2、水平出射光进入补偿薄片获得具有负B积分相移的激光；

步骤3、出射光通过缩束系统使激光光斑缩小并平行出射；

步骤4、带有负B积分相移的激光通入放大级模块后抵消掉增益介质产生的正B积分相移，用感光元件观察，观察是否获得均匀的光斑并记录；

步骤5、拆卸补偿薄片；重复步骤4，对比拆卸补偿薄片前后光斑的变化。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明采用补偿薄片在放大级模块之前进行预补偿，利用补偿薄片具有负非线性折射系数的特性，产生了负B积分相移与放大级模块增益介质中产生的正B积分相移进行抵消，装置整体结构简单，便于实现小型化。

附图说明

图1为现有技术中补偿正B积分相移的装置示意图；

图2为本发明一种实施例公开的补偿正B积分相移的装置示意图；

图3为本发明一种实施例公开的选择砷化镓补偿材料厚度与Nd：YAG非线性增益介质长度的匹配示意图。

图中：