[发明专利]一种高峰值功率脉冲激光相干合成装置

说明书

本发明实施例提供的一种高峰值功率脉冲激光相干合成装置，包括：本振激光器、用于对所述本振激光器产生的激光束进行分束的分光系统、用于对分光系统分束的激光进行放大的两路放大链路、用于对放大后的激光束进行会聚的会聚系统、用于对会聚的光束进行相位共轭并反射至会聚系统的相位共轭系统、用于对原路返回的光束进行合成输出的合光系统。该装置采用相关共轭技术补偿相位畸变，不需要额外的波前探测系统和波前控制系统，自动补偿相位畸变，减小了相干合成系统的复杂性，提高了可靠性。

技术领域

本发明涉及固体激光技术领域，具体涉及一种高峰值功率脉冲激光相干合成装置。

背景技术

多光束激光相干合成是一种能在保持激光光束质量的同时，提高激光输出功率的有效手段。其核心思想是通过精密相位控制，使多台激光器的输出相位保持一致，实现多光束激光的相干迭加。相干合成的意义在于：一方面在保持光束质量的同时，提高了输出光束的功率，实现了亮度的提高，实现了远距离传输；另一方面模块化的结构分散了热效应，克服了“热”造成高能激光平均亮度下降的主要影响因素。因而，相对于内部能量高度集中的高能固体激光传统体系而言，基于相干合成的新型体系结构有可能解决亮度和热管理两个难题。

相干合成技术方案按照是否通过外界手段来干预探测并矫正相位误差分为主动式的闭环有源相位控制和被动式自组织锁相环运行激光器阵列两大类。目前高能固体激光器常用的激光相干合成方法是一种主动式的有源相位校正技术，其基本原理是主振荡器的输出激光被分为多束，引出其中一束经声光移频器后作为参考波，其余各束进行功率放大，利用外差法探测各激光放大链路的输出光波与参考光波的相位差，根据所探测的相位差实时控制相位调制器以实现对相位误差的实时校正，进而达到锁相环运行的目的。闭环有源相位控制典型代表是2003年由美国诺格公司提出的MOPA结构，存在的主要问题在于相位探测和相位控制系统复杂而精密，影响激光器整体的技术成熟度，特别是高峰值功率的窄脉冲激光器的相位控制系统制作困难，稳定性差；而被动自组织锁相激光器多用于半导体激光器等连续运行的激光器或低功率共腔激光器等。

在同等功率情况下，由于冲击和烧蚀的共同作用，脉冲体制工作的激光器比连续激光器具有更强的破坏力，因此，无论对于激光加工还是军事应用脉冲激光器具有光纤激光器不具备的峰值功率优势。由于脉冲激光存在一定的持续时间和占空比，不同时刻脉冲的时域特性(如脉宽、峰值功率等)也可能有所不同，如果脉冲不能有效同步，实际合成效果可能是各路脉冲激光的时域迭加而非多个脉冲的相干合成。因此，要实现有效的脉冲激光相干合成，脉冲同步和相位锁定同样重要，这就给脉冲激光相干合成系统带来复杂性和可靠性低等问题。

发明内容

为了解决现有技术中由于脉冲不能有效同步，实际合成效果可能是各路脉冲激光的时域迭加而非多个脉冲的相干合成，而导致的脉冲激光相干合成系统复杂性和可靠性低的问题，本发明实施例提供一种高峰值功率脉冲激光相干合成装置，该装置采用相关共轭技术补偿相位畸变，不需要额外的波前探测系统和波前控制系统，自动补偿相位畸变，减小了相干合成系统的复杂性，提高了可靠性。其具体技术方案如下：

本发明实施例提供的一种高峰值功率脉冲激光相干合成装置，包括：

本振激光器、用于对所述本振激光器产生的激光束进行分束的分光系统、用于对分光系统分束的激光进行放大的两路放大链路、用于对放大后的激光束进行会聚的会聚系统、用于对会聚的光束进行相位共轭并反射至会聚系统的相位共轭系统、用于对原路返回的光束进行合成输出的合光系统。

进一步的，所述本振激光器采用本振加功率放大的MOPA结构。

进一步的，所述放大链路采用两路四级双程放大系统，每个放大链路包括多个泵浦系统，每个泵浦系统包括泵浦腔、泵浦光源和激光工作物质。

进一步的，所述相位共轭系统包括如下具有相位共轭功能的器件之一：

基于四波混频效应的光栅、基于布里渊散射效应的液体或光纤相位共轭镜。