[发明专利]一种脉冲激光时空分布调控激光器及方法

权利要求书

1.一种脉冲激光时空分布调控激光器，其特征在于，包括谐振腔、泵浦源、泵浦整形耦合装置、长波斯托克斯光源和短波泵浦光源，所述谐振腔包括输入镜、激光晶体、薄膜偏振片、电光调Q晶体、四分之一波片、第一高反镜、第一双色镜、第二双色镜、拉曼晶体、第二高反镜；

所述泵浦源作为泵浦光光源，所述泵浦光经过泵浦整形耦合装置、输入镜入射至激光晶体，所述激光晶体产生的激光经薄膜偏振片、电光调Q晶体、四分之一波片到达第一高反镜后再次通过四分之一波片、电光调Q晶体、薄膜偏振片、激光晶体到达输入镜，然后经过第二双色镜、拉曼晶体、第一双色镜到达第二高反镜；

所述第一双色镜和第二双色镜位于拉曼晶体两端，所述长波斯托克斯光源和短波泵浦光源经第一双色镜和第二双色镜注入拉曼晶体，在所述第一双色镜的左端设置有第二高反镜，所述第二双色镜位于输入镜的左端。

2.一种利用权利要求1所述激光器的脉冲激光时空分布调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，给电光调Q晶体和泵浦源各施加一个方波信号：给泵浦源施加高电平信号，泵浦源发出的泵浦光经过泵浦整形耦合装置、输入镜入射至激光晶体，将激光晶体的激活粒子从低能级泵浦到高能级，给电光调Q晶体施加低电平信号，四分之一波片和薄膜偏振片引入高损耗，此时Q开关处于关闭状态，激光晶体储能；

步骤2，当谐振腔内的反转粒子数达到最大时，给泵浦源施加低电平信号，给电光调Q晶体施加电压等于1/4波电压的高电平信号，谐振腔处于储能状态，产生脉冲激光并在腔内往返振荡；

步骤3，在给电光调Q晶体施加电压等于1/4波电压的高电平信号的同时，在拉曼晶体中注入连续运转的长波斯托克斯光与短波泵浦光，并通过调控长波斯托克斯光与短波泵浦光的空间分布，从而调控脉冲激光的空间增益分布，同时通过控制电光调Q晶体的驱动信号的高电平持续时间改变空间增益分布调控的调控深度；

步骤4，当谐振腔内的光子数达到最大且脉冲激光的空间分布满足目标要求时，将施加于电光调Q晶体的驱动信号再次切换为低电平电压，此时腔内振荡的S偏振光两次通过四分之一波片后变成P偏振光，并通过薄膜偏振片透射，输出激光巨脉冲；

步骤5，用光束质量分析仪检测输出的激光巨脉冲是否为目标光束，如果不是目标光束，重新调整长波斯托克斯光与短波泵浦光的空间分布，并返回步骤3；如果是目标光束，继续保持初始设定的长波斯托克斯光与短波泵浦光的空间分布，则实现基于受激拉曼散射耦合的腔倒空技术的脉冲激光时空分布调控。

3.根据权利要求2所述一种脉冲激光时空分布调控方法，其特征在于，所述激光晶体为钒酸盐晶体、氟化物晶体、钇铝石榴石晶体、钆镓石榴石晶体、玻璃基质晶体。

4.根据权利要求2所述一种脉冲激光时空分布调控方法，其特征在于，所述电光调Q晶体为KDP型晶体、ABO₃型晶体、AB型化合物晶体或其他杂类晶体。

5.根据权利要求2所述一种脉冲激光时空分布调控方法，其特征在于，所述拉曼晶体为任何基频光波长与激光晶体输出波长相同的拉曼晶体。

6.根据权利要求2所述一种脉冲激光时空分布调控方法，其特征在于，所述调控长波斯托克斯光与短波泵浦光的空间分布的方法为：通过预设的程序利用微透镜整形阵列或液晶空间光调制器分别调控，所述预设的程序具体为：

根据谐振腔内光束往返一周总的增益和目标光束满足的条件，计算出脉冲激光通过拉曼晶体得到的增益g_r需满足的条件，当g_r＞0时为注入短波泵浦光带来的增益，g_r＜0时为注入长波斯托克斯光引起的损耗，而增益g_r的绝对值正比于注入的功率，通过控制长波斯托克斯光与短波泵浦光的空间分布，即可控制g_r的空间分布，从而控制脉冲激光的空间分布；

所述谐振腔内光束往返一周总的增益为：

式中，为t时刻拉曼晶体处的光子数密度分布，为t时刻激光晶体处的光子数密度分布，n(r，t)为t时刻激光晶体处光束中心处反转粒子数密度分布，l_L为激光晶体长度，l_R为拉曼晶体的长度，σ_L为激光晶体的受激发射截面，t_r为光在谐振腔内往返一次的时间，r为到光束中心的横向距离；

所述目标光束满足的条件为任意模式的空间分布光束需满足的空间分布条件。