[发明专利]用于多片式激光放大装置的低热致波前畸变的增益介质结构

说明书

一种用于多片式激光放大装置的低热致波前畸变的增益介质结构。增益介质结构包括增益介质区和边缘加热区。增益介质区除通光面外的四个侧面包裹边缘加热区。边缘加热区由至少二层包边材料组成。第一层包边用于实现所述的增益介质的泵浦区的温度场控制，从而对多片式激光放大装置的热效应进行控制；第二层包边，用于完全吸收的自发辐射光线能量，以确保自发辐射光线不会由所述的第二层包边侧面反射再次返回至所述的增益介质内，影响所述的增益介质内的储能。本发明可实现多片式激光放大装置在高重频、大能量、低热致波前畸变、高光束质量激光系统中的应用，为搭建重频大能量固体激光放大系统提供关键技术支撑。

技术领域

本发明属于重频大能量固体激光放大技术领域，尤其是应用于多片式激光放大装置的一种低热致波前畸变的增益介质结构。

背景技术

重频大能量激光驱动器是开展高能密度物理与聚变研究的核心基础设施，随着美国NIF装置为代表的巨型激光驱动器的建设完成，物理实验进展的深入，对驱动器设施的需求也从单次大能量系统为主逐步向兼顾重频驱动器技术过度。当前，新型高功率超短超强激光装置发展也十分迅速，例如欧洲ELI项目中的高重频拍瓦激光装置(HAPLS)的泵浦源分别是钕玻璃重频激光系统(输出70J/3.3Hz)和低温冷却的Yb:YAG激光系统(输出107J/10Hz)。

面向高效重频惯性聚变能源(IFE)，目前世界多个国家和地区开展了相应的技术研究路线，主要技术路线为采用激光二极管泵浦，并利用主动冷却方式代替传统的被动冷却方式，尤其是采用片状气冷方式。目前，片状增益介质的泵浦区边缘存在散热过程中引入的不可避免的温度梯度场，温度梯度场会导致增益介质内产生较大的应力分布以及形变分布，进而导致较严重的波前畸变，且该波前畸变补偿难度较大。严重的热光效应是限制激光放大器重频运行的主要因素之一。限制激光放大器性能的另一因素为放大的自发辐射效应(ASE)。增益介质在泵浦过程中不可避免会产生自发辐射，自发辐射光子在增益介质内的传输过程中消耗储能被放大，即为ASE。目前针对多片式激光放大装置中的ASE效应抑制方法主要为在增益介质侧面粘接一层包边材料，用于吸收ASE，以减小其对于储能的影响。该构型下的包边距离泵浦区较远，主要用于吸收ASE，其对热效应抑制作用很小。本发明提出一种用于多片式激光放大装置的低热致波前畸变的增益介质结构，以改善增益介质内热效应严重的问题，同时减小增益介质内ASE对储能的影响。

发明内容

本发明旨在解决重频固体激光放大装置热效应严重的问题。基于边缘温度场控制技术，提出一种用于多片式激光放大装置的低热致波前畸变的增益介质结构。该增益介质结构采用至少二层包边包裹增益介质，包边将吸收的ASE能量转化为热能作为对增益介质边缘加热的热源。减小增益介质泵浦区边缘在横向散热过程中造成的温度梯度，进而减小应力分布，当信号激光通过所述的增益介质结构时热效应得到抑制。

为实现上述目的，本发明提供如下解决方案：

本发明一种用于多片式激光放大装置的低热致波前畸变的增益介质结构。所述的增益介质结构包括增益介质以及外围的至少两层包边。所述的第一层包边包裹在所述的增益介质除通光面外的其余侧面，第二层包边包裹在所述的第一层包边的外侧面。

所述的增益介质结构为多片式分立结构，片与片之间形成冷却通道。

所述的增益介质结构可通过翼片固定，也可通过其他设计直接安装在激光头外围结构体中。

所述的增益介质结构可通过冷却液体或气体高速流经冷却通道的方式，对所述的增益介质结构表面进行冷却。所述的增益介质结构也可采用热导率更高的固体冷却介质通过粘接或键合的形式覆于所述的增益介质结构表面使得热量通过所述的固体冷却介质传导的方式进行冷却。

所述的增益介质为圆形、方形、或其它多边形，但不限于此。所述的第一层包边内侧形状与所述的增益介质形状保持一致。所述的第二层包边内侧形状与所述的第一层包边的外侧形状保持一致，所述的第二层包边的外侧形状可根据实际情况进行设计。