[发明专利]用于控制激光束的波前的激光系统和方法

说明书

本发明涉及用于控制激光束的波前的激光系统和方法。提供了用于控制初级激光束的波前的激光系统(10)和相关的方法。激光系统(10)包括用于生产初级激光束的激光介质(12)和初级激光束被引导至的至少一个光学元件(14)。激光系统(10)还包括用于生产次级激光束的次级激光源(16)。激光系统(10)可进一步包括空间光调制器(18)，被配置为接收次级激光束并且空间调制次级激光束来产生具有空间强度模式的空间调制的次级激光束。空间调制的次级激光束可以入射在激光介质(12)或至少一个光学元件(14)中的至少一个上从而选择性地修改空间调制的次级激光束入射在其上的激光介质(12)或至少一个光学元件(14)的部分的温度。

技术领域

本发明总体涉及用于控制激光束的波前的激光系统和相关的方法，并且更具体地，涉及用于引入用于控制初级激光束的波前的次级激光束的激光系统和相关的方法。

背景技术

激光系统优先地生成预定形状的波前，使得得到的激光束具有期望的波束质量。在一些情况下，光学像差可通过包含由激光介质、激光放大器或其他光学部件引入的光学像差的激光系统的光学元件而被引入到波前中。光学像差可以通过光学元件的结构和材料组分和/或通过光学元件中的产生光路差异的热梯度而被引入。例如，光学元件可能被均匀地加热，但通过激光器加热可具有与其他部分相比被加热的更热的一些部分，从而产生热梯度。由于光学元件上的热梯度，光学元件将会将由于与热梯度相关的光路差异而导致的光学像差引入激光束中。光学像差进而将通过引入波前误差并且降低通过激光系统产生的波束质量来降低激光系统的效率和效力。

为了努力取消或抵消光学像差，已经开发了各种复杂的光学系统。例如，已经结合激光系统采用热传递和/或冷却系统来努力降低热梯度并且相应地降低得到的光学像差。例如，可以径向冷却径向对称的增益杆从而努力降低热梯度。此外，利用固定的校正器板或复杂的自适应光学系统从而努力取消由热梯度引进的光学像差。虽然上述技术可以降低光学梯度，但是得到的激光系统是更复杂的并且因此总体上更昂贵。

可经历热梯度的一类光学元件是光热折射(PTR)玻璃光学元件。例如，可以利用PTR玻璃光学元件在激光系统中结合光谱波束。通过PTR光学元件传播的激光束通常增加PTR光学元件的温度。当PTR玻璃光学元件的温度增加时，PTR玻璃光学元件的折射率改变，这进而改变由PTR玻璃光学元件输出的光的波长。例如，PTR光学元件可以操作为光栅(grating)，使得PTR光学元件的增加的温度改变PTR光学元件的折射率，这进而改变由光栅发射的光的波长，这会不利地影响光栅的效率。

在致力于降低PTR光学元件经历的温度增加的过程中，可以利用热控制系统从其外部边缘加热或冷却PTR光学元件。这种技术可遍及PTR光学元件的体积引入温度梯度，其进而可引起PTR光学元件的不同部分与PTR光学元件的其他部分相比基于热梯度而不同地执行，从而也不利地影响PTR光学元件的总效率。此外，在努力控制PTR光学元件的温度中利用的热系统可能是相对庞大的，并且因此可能不能用于小激光腔体中。例如，为了热稳定的目的结合PTR光学元件利用的热系统可以包括需要容纳相对大的热电冷却器(TEC)、需要冷却水的相对大的冷却板和用于供电的对应电线的安装。在包含热控制系统的激光系统必须放置在真空室中的激光系统的某些应用中，支撑热系统的安装的基础设施可能具有一定的挑战性。

发明内容

根据用于控制初级激光束的波前的示例性实施方式提供了激光系统和相关的方法。在这方面，示例性实施方式的激光系统和方法可以选择性地使得激光介质或另一光学元件的部分热收缩或热膨胀以相应地改变初级激光束的波前。例如，激光介质或另一光学元件可以被选择性地热收缩或热膨胀以抵消由激光系统另外引入的光学像差，使得得到的初级激光束的波前具有期望的形状和波束质量。在示例性实施方式中，PTR玻璃光学元件可以包括对次级激光束做出响应的掺杂剂，从而使得可以利用PTR玻璃光学元件对次级激光束的曝光从而修改掺杂的PTR玻璃光学元件的温度，从而改善包含PTR玻璃光学元件的激光系统的性能。