[发明专利]匀化的非相干光源装置

说明书

本发明涉及一种匀化的非相干光源装置。该装置包括放大自发辐射光源、光束耦合单元、以及匀光光导，其中，所述放大自发辐射光源、所述光束耦合单元、以及所述匀光光导沿着光束传播方向依次设置，并且设置的位置和朝向使得所述放大自发辐射光源输出的光耦合到所述匀光光导的输入端面，所述匀光光导的长度与口径之比大于或等于预设比值，以使所述放大自发辐射光源输出的光在所述匀光光导的输出端面处成像的大小大于或等于所述匀光光导口径的2倍。这种装置具备光束均匀性对光源泵浦均匀性的依赖小、泵浦光源利用效率高、输出二维平顶光束均匀性好的优势，是一种效费比高、实现难度小的匀化的非相干光源。

技术领域

本发明属于激光核聚变的激光器领域，具体涉及一种匀化的非相干光源装置。

背景技术

无论激光-等离子体物理研究还是材料损伤测试、激光处理工艺等应用，都期望在激光作用界面获得接近平顶(Top-hat)的均匀辐照。上世纪八十年代以来，在高功率激光领域引入了诱导非相干的光束匀化概念，从空域或者频域抑制光束的相干调制，以获得平滑、匀强光束。空间诱导非相干技术(ISI：induced spatial incoherent)的基本思想是将激光束分割成多个衍射斑尺度与辐照面积相当的子束，由于各子束的传输路径存在差别，因此当各子束叠加在特定界面时，其叠加效果将表征出较弱的相干性，从而抑制相干调制产生的条纹(Speckle)。比如，Omega、NIKE和神光装置都曾经尝试使用随机相位板、蝇眼透镜阵列等二元光学器件获得较均匀的激光辐照，以开展激光驱动核聚变的相关研究。由于器件加工精度的限制，子束的尺度也不可能无限减小。因此，经二元光学器件匀化的激光束截面内部仍包含快速变化的干涉结构，这些结构与靶的不均匀性一样，会作为“种子”发展成瑞利-泰勒不稳定性。

如图1所示，美国海军实验室利用准分子激光带宽较宽(～Thz)的特性，发展了一种无阶梯诱导非相干光束平滑技术，利用漫散射体取代二元光学器件，获得了倾斜和曲率不大于2％的平顶光强分布截面，光束均匀性RMS<2％。由于激光照射漫散射体产生宽带非相干光的转换效率很低，而且只有极少部分宽带非相干光通过物孔照射形成有效输出，导致激光脉冲有效输出效率极低。据报道，海军实验室NIKE装置的宽带非相干光源能量强度仅为20nJ，因此不得不引入多级放电泵浦激光放大器对种子光能量进行预放大。

如图2所示，为改善种子光源的激光利用效率和输出强度，向益淮等人直接利用自由运转的放电泵浦氟化氪激光器210产生的放大自发辐射(ASE，Amplified SpontaneousEmission)作为部分非相干光源，通过照射物孔(光阑)220截取强度最均匀的光强分布获得“平顶”的光束截面，光束经过像传递透镜组230到达像平面240。天光一号装置种子光源产生放大自发辐射能量为30mJ，照射物孔后输出能量约8mJ，能量利用效率接近30％，光束均匀性接近2％。

实践证实，这种光束匀化方案过于依赖激光器的泵浦均匀性，表现为垂直于泵浦电流方向的光强分布轮廓线存在较大的倾斜和弧度，如图3中所示的水平方向，均匀性也低于泵浦方向的光强分布，如图3中所示的竖直方向。而且光束传输时仍保持放电区长方形的特征，水平与垂直方向的发散角差别较大,并且由于这种短腔激光器(腔长38cm)存在许多空间模式，光束在频谱面形成了数个分立部分,这种状况非常不利于光束的后续传输放大和均匀性保持。因此，包括西北核技术所等单位的高能准分子激光装置仍采用了散射光匀化的方案。

一方面针对散射光匀化方案光源能量利用效率低的缺点，另一方面针对ASE光物孔匀化方案对光源泵浦均匀性(对于放电泵浦激光器，源于电极的放电均匀性)依赖性强的缺点，本公开提出一种利用光导匀化放大自发辐射光束的高均匀性宽带非相干光源装置。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种匀化的非相干光源装置，利用光导匀化宽带非相干ASE光源，降低光束均匀性对激光器泵浦均匀性的依赖，实现二维平顶的光束强度分布，提高ASE光源的利用效率，放宽前端激光器的选型条件。