[发明专利]基于达曼光栅的固体激光并行放大器

说明书

技术领域

本发明涉及高功率激光器系统，特别是一种基于达曼光栅的固体激光并行放大器。

背景技术

随着激光应用技术的发展，在激光雷达等领域需要高功率、高质量和高亮度的激光束，而且朝着小型化、全固态化、大功率方向发展。但是，单个激光器获得的输出功率是有限的，建立高功率激光系统的一种有效的技术方案是使用激光阵列，并且要求阵列元件中输出的所有光束能够相干合成为单一光束。放大器阵列的相干合成技术是当今光电子技术领域中一个研究热点，它为获得高功率、高光束质量激光输出提供了一条有效途径，也将是今后高能激光领域中一个重要的研究方向。

其中采用衍射光学元件具有衍射效率高、体积小、调节方便和可大量复制等特点，受到国内外研究者的广泛关注。采用逆达曼光栅及相位补偿原理将多束锁相相干激光合束装填为远场单一主瓣是一种有效的技术方案。在先技术[1](参见：Aimin Yan，Liren Liu，Enwen Dai，Jianfeng Sun，and Yu Zhou Simultaneous beam combination and aperture filling of coherent laser arrays by conjugate Dammann gratings[J].Opt.Lett.，2010，35(8)：1251～1253)中，验证了达曼光栅进行相干激光阵列合束的可行性。

在先技术[2](参见：闫爱民，刘立人，戴恩文，孙建锋，周煜，相干激光阵列的逆达曼光栅合束孔径装填实验研究，光学学报，2010.30(6))中提出一种基于衍射光学元件即逆达曼光栅的相干阵列激光合束孔径装填装置，可将多路相干激光组合成单一光束，但是由于没有放大器，无法满足某些高功率情况的需求。

在先技术[3](参见Bing He，Qihong Lou，Jun Zhou，etc.，113-W in-phase mode output from two ytterbium-doped large-core double-cladding fiber lasers，Chinese Optics Letters，vol.5，No.7)中采用被动锁相的方法，利用光纤相干合成。考虑到通过耦合器在单根光纤输出，在功率大于～1kW时是不合适的，甚至会对光纤带来损害。这个问题主要是由于光纤内非线性效应(SBS、SPM、XPM)不可避免所引起的。因此很难通过全光纤结构进一步提高放大倍数。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有的技术不足，提供一种基于达曼光栅的固体激光并行放大器，将激光通过扩束器和小孔阵列进行分束，对每一束光用固态阵列激光器分别放大，从而可以显著提高系统的放大倍数，由锁相装置和相位调制器控制激光阵列的相位分布，通过傅里叶透镜合束，达曼光栅消除相位起伏，从而可以显著提高合束效率和光束质量。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于达曼光栅的固体激光并行放大器，其特点在于该装置依次由同轴的准直扩束器、小孔阵列、固态阵列放大器、锁相装置、相位调制器、傅里叶透镜和达曼光栅构成，待放大激光通过准直扩束器和小孔阵列后形成等光强的激光阵列，进入固态阵列放大器放大，放大后的激光阵列经锁相装置锁相后通过相位调制器进行相位调制，经傅里叶变换透镜和位于傅里叶变换透镜后焦面的达曼光栅后合成一束高功率激光。

待放大的激光e_in(x，y)通过准直扩束器和小孔阵列后形成M×N的激光阵列可以表示为：