[发明专利]反射式等离子体电光开关

说明书

技术领域

本发明属于高平均功率激光系统领域，具体涉及一种应用于高平均功率大口径激光系统中的反射式等离子体电光开关。

背景技术

在高平均功率激光系统中用作调Q、激光隔离和脉冲注入锁定的关键单元电光开关遇到了通光口径限制与热效应的双重挑战，使得电光开关成为高平均功率激光器的限制部件之一。常规纵向应用的环电极普克尔盒，为获得较好的光学均匀性，要求其电光晶体纵横比大于1，通光口径为数厘米的普克尔盒，其开关晶体将由于严重的光吸收导致晶体大的温升和温度梯度，使折射率发生变化，引起透射光束的热退偏和波前畸变。即便是可以定标到大口径、采用薄晶体的等离子体普克尔盒，由于电光晶体所处环境气压低，对流换热系数小，电光晶体对激光的线性吸收将产生热沉积，进一步导致应力双折射、退偏、波前畸变等不良热效应，从而使得激光器的平均输出功率受到限制、光束质量变差，也只能用于单发次工作模式。需要从根本上消除热效应。利弗莫尔国家实验室A.Bayramian于2006年在一篇名为《频率转换与开关技术》(《Frequency conversion and switching technologies》，A.Bayramian，C.Bibeau，and J.Caird et al.UCRL-PRESS-222125，2006)的年报中提出在KD^*P晶体入射面和出射面上分别贴上蓝宝石，利用蓝宝石大的热传导系数，带走晶体中废热。但由于蓝宝石的分压作用，势必导致等离子体电光开关驱动电压的增加。如果两块蓝宝石厚度等于KD^*P晶体厚度，则为使KD^*P上分压等于半波电压，驱动电源需要提供高达80kV的电压，这将导致重复频率高电压驱动源的研制难度，同时造价昂贵且结构复杂。另外，换热过程中热量沿横向传递，使得电光晶体内存在较大的横向温度梯度，而温度梯度是导致普克尔盒热效应的直接原因。

发明内容

为了突破关键单元电光开关在高平均功率激光系统中所遇到的通光口径限制与热效应的双重挑战，本发明提供一种反射式等离子体电光开关。

本发明通过反射式设计，利用铜基反射镜对电光晶体进行端面强制冷却管理热效应，并采用等离子体电极技术将电光开关定标到大口径。

一种反射式等离子体电光开关，包括普克尔盒和一个用于起偏和检偏的偏振片；其中普克尔盒含有普克尔盒壳体、KD^*P晶体、光窗、放电腔、锥形放电针、电极环、电极座、抽气进气嘴、底座。所述的电光开关的普克尔盒中还含有铜基反射镜。所述的普克尔盒的连接关系是，普克尔盒壳体中部设置有用于镶嵌KD^*P晶体的方孔。KD^*P晶体粘接镶嵌在普克尔盒壳体中的方孔内，KD^*P晶体的两个面上分别设置有铜基反射镜和放电腔，铜基反射镜与KD*P晶体紧贴设置。在放电腔外设置有光窗。放电腔内设置有电极环，电极环通过螺纹与锥形放电针连接。电极座固定粘接在普克尔盒壳体上，电极座的内端与电极环连接，电极座的外端与脉冲发生器负载电阻高压端连接。在普克尔盒壳体上设置有进气抽气嘴，进气抽气嘴与放电腔连通；普克尔盒通过支杆固定设置在底座上。普克尔盒中的铜基反射镜与外接脉冲发生器负载电阻低压端连接并接地。所述的偏振片设置在普克尔盒的光窗的前部，偏振片的横向中心与普克尔盒横向中心为同轴心。

所述的普克尔盒中铜基反射镜与普克尔盒壳体之间、光窗与普克尔盒壳体之间、KD^*P晶体与普克尔盒壳体之间均采用硅胶进行真空封接。

所述的普克尔盒中放电腔内部充有3000Pa～4500Pa的He气，放电腔通过进气抽气嘴静态封离。