[发明专利]一种输出横场可控的布里渊放大组束方法及装置

说明书

本发明公开了一种输出横场可控的布里渊放大组束方法及装置，方法包括：甚多束由同一激光光源产生的小口径泵浦光以多级结构注入组束器中；初步分组后的Nsubgt;i/subgt;束小口径泵浦光具有光束排布，通过反射镜组对此Ni束泵浦光的光束进行定向反射使得泵浦光整体斜向入射，组内或组间整体光束组形成“旋进”注入至组束器中参与相互作用，以实现特定横场分布下对应的泵浦光在组束器空间中的强度分布要求；通过对大口径种子光横场区域有选择的能量转移，最终形成具有近场强度整形效果的大能量组束光束输出。装置包括：阵列泵浦光束、阵列泵浦光导入模块、激光组束模块、扩束系统及初始种子光。本发明最终可获得接近所需横场强度分布的输出种子光光斑。

技术领域

本发明涉及激光组束技术领域，尤其涉及一种输出横场可控的布里渊放大组束方法及装置。

背景技术

大能量、具有高光束质量的重复频率激光器在工业生产领域中，例如：冲击强化和激光切割加工等；科研领域，例如：惯性约束核聚变、作为重复频率拍瓦级激光装置的激光泵浦源以及极端条件的物理学研究等均具有重要应用。

然而，以棒状Nd:YAG晶体及钕玻璃片状增益介质等传统主振荡功率放大(MOPA)结构受制于材料的散热及材料生长以及损伤阈值等诸多因素，其输出光束质量随介质口径变大而逐步变差，工作重复频率难以提升；而目前兴起的激光二极管泵浦的薄片放大结构则由于系统复杂，造价昂贵，运维困难，难以广泛普及至实际生产应用中。

组束技术是通过将多束小能量激光通过合束器实现集中的能量输出一种手段，是实现单束大能量激光的另一种有效途径。基于布里渊放大的非共线组束技术由于其结构相对紧凑，组束效率较高，组束介质损伤阈值高，输出光束为单束物理光束，输出横场可主动控制等优势，受到研究人员的诸多关注与研究。

而为了保证基于布里渊放大原理下的甚多束激光组束技术的横场可控的高光束质量的激光输出，一方面需要给出甚多泵浦光束的排布来满足横场强度分布需求，而另一方面则要减少光束之间的重叠，保持在自激布里渊散射等非线性效应的阈值以下，这对于大能量重复频率下输出光束在实际生产与科研中的应用至关重要。

发明内容

本发明提供了一种输出横场可控的布里渊放大组束方法及装置，本发明解决了在甚多光束小口径泵浦光与大口径种子光进行非共线组束时，由于组束介质中泵浦光的局部集中或分散导致的横场强度分布不均，从而导致组束后的光束近场难以实际应用，以及介质内局部功率密度超过其他非线性阈值导致无法进一步实现更大能量组束等诸多问题，详见下文描述：

一种横场强度分布可控的布里渊放大组束方法，所述方法包括以下步骤：

甚多束由同一激光光源产生的小口径泵浦光以多级结构注入组束器中；

初步分组后的N_i束小口径泵浦光具有光束排布，通过反射镜组对此Ni束泵浦光的光束进行定向反射使得泵浦光整体斜向入射，组内或组间整体光束组形成“旋进”注入至组束器中参与相互作用，以实现特定横场分布下对应的泵浦光在组束器空间中的强度分布要求；

通过对大口径种子光横场区域有选择的能量转移，最终形成具有近场强度整形效果的大能量组束光束输出。

其中，所述组内或组间整体光束组形成“旋进”注入至组束器中参与相互作用具体为：

组内形成旋进是所述装置经过全反镜的反射角度控制，将环状结构逐层进行分组，每一层具有自己的旋进半径，各层构成的组别按各自的旋进半径参与到旋进入射过程中；

组间形成旋进是所述装置经过全反镜的反射角度控制，将环状结构对称分割成Q_i组，且每组具有相同的束数，对于每组内光束部分重叠或非重叠传播，并最终作为一个整体参与到Q_i个单位的旋进入射过程中。