[发明专利]大功率脉冲气流化学激光装置

说明书

技术领域

本发明属于化学激光器件领域，具体涉及一种电光调Ｑ激光非稳腔放大脉冲气流化学激光器。

背景技术

气流化学激光器具有高功率、高效率、低损耗光纤传输、较好的大气传输窗口等优点，广泛应用于工业、医疗、科研等领域。目前的大功率氧碘激光器通常是连续波运行，这使得激光与物质相互作用时会在物质表面形成等离子体和非线性效应，这就影响了激光的穿透深度和速度。如果激光器能在平均功率损耗较小的情况下以高重复频率、高峰值功率运行，可以产生如减小激光与材料相互作用时产生的等离子体屏的厚度、减弱热辐射沉积等新的效果，其工作效率可以提高几十倍，

目前实现气流化学激光脉冲输出的方法主要有：光引发脉冲，电引发脉冲，谐振腔损耗调制以及增益调制等。在光引发和电引发脉冲化学激光器中，由于较难实现高重复频率、大体积均匀辉光放电和光照射，采用这两种方法很难得到高能量、高重复频率的脉冲激光输出。采用调制谐振腔损耗的方法可以实现脉冲激光的输出，在大功率化学激光器中，由于其通光孔径较大、腔内功率密度高，只能使用机械调制的方法，但这种方法的调制深度很低，并且会大大降低输出激光的平均功率。另一种方法是对激活介质的增益进行调制，例如使用外加的强磁场对激活介质的增益进行调制，但实现这种调制的装置十分庞大，并且每次工作只能得到重复频率为Hz量级的几百个激光脉冲。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种大功率脉冲气流化学激光装置，该装置可以在不过度损耗平均功率的条件下实现脉冲激光的输出，并且具有结构紧凑、输出脉冲高能量、高重复频率、窄脉宽、高效率、优良的光束质量等特点。

为实现本发明的目的，具体技术解决方案是：

一种大功率脉冲气流化学激光装置，包括激光振荡器和放大器，其特点是沿输出激光前进方向依次设置有平凹反射镜、电光调Q晶体、起偏器、平凹输出耦合镜、平面全反射镜、望远镜系统、光隔离系统、平凹后腔镜、激活介质增益区、刮刀镜、平凸前腔镜。所述的平凹反射镜、电光调Q晶体、起偏器、平凹输出耦合镜构成激光振荡器；所述的平凹后腔镜、刮刀镜、平凸前腔镜构成激光放大器。

本发明激光装置的工作过程如下：激光振荡器和放大器的增益区共同位于激活介质增益区内。激光振荡器的增益区位于激活介质增益区的下游，当反应介质发生化学反应后产生受激荧光辐射，Q开关打开后，辐射的荧光在谐振腔内振荡放大，形成稳定的振荡光。振荡光经全反射镜进入到望远镜系统中扩束，经过光隔离系统后，通过平凹后腔镜进入激光放大器进行放大，光隔离系统用来隔离由放大器中反射回来的振荡光。在非稳腔放大器中进行放大后的激光由刮刀镜耦合输出。

所述的望远镜系统由一平凹镜和一平凸镜组成，分别镀有增透膜。

所述的光隔离系统由一法拉第旋转器和一1/2波片组成。

所述的电光调Q晶体为β硼酸钡晶体，1/4波电压值较低，可高重复频率运转

所述的放大器为非稳腔多程放大器。

所述的平凹后腔镜中心镗圆形小孔。

本发明激光装置利用同一增益区内的激光增益介质，通过电光调Ｑ脉冲激光放大，可以获得大功率脉冲氧碘化学激光输出，具有结构紧凑、高能量、高重复频率、窄脉宽、高效率、优良的光束质量等特点，可广泛应用于激光材料加工、水下作业及矿业开采等领域。

本发明具有以下优点：

1、脉冲氧碘化学激光器采用激光放大技术，使用激光振荡器产生的脉冲调Q激光对放大器进行控制，采用非稳腔结构，可以获得高能量、优良的光束质量的脉冲激光。

2、激光振荡器和放大器利用同一激活介质，放大介质和输出信号具有相同的能级结构，可以实现共振放大，并且整个装置较为紧凑。

3、利用电光调Q方式获得脉冲振荡光，输出激光的脉冲宽度窄，调制深度深，峰值功率高，大大提高了脉冲化学激光器的应用空间。

4、选择β硼酸钡晶体作为电光调Q晶体，所需的1/4波电压较低，从而降低了驱动电源的要求，可以获得高重复频率运转。

附图说明

图1为本发明脉冲氧碘化学激光装置的结构示意图。

具体实施方式

如附图所示，本发明脉冲氧碘化学激光器的结构包括：

大功率脉冲气流化学激光装置，包括激光振荡器和激光放大器，

激光放大器由依次设置的平凹后腔反射镜9、刮刀镜11、平凸前腔反射镜12、以及位于平凹后腔镜9与刮刀镜11之间的光路上的激活介质增益区10构成；