Устройство для усиления лазерных пучков

 

Изобретение относится к квантовой электронике и лазерной технике и может быть использовано при создании мощных лазерных систем, например, для термоядерных исследований. Цель изобретения увеличение выходной энергии и КПД. В устройстве, содержащем усилитель и обращающее волновой фронт зеркало, активные элементы усилителя расположены некомпактно, между ними размещены лампы накачки, перед усилителем установлена растровая система разведения пучка на соответствующие активным элементам фрагменты, а обращающее волновой фронт нелинейное зеркало выполнено в виде растра из нелинейных зеркал. 1 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике и лазерной технике и может быть использовано при создании мощных лазерных систем, например, для термоядерных исследований. Цель изобретения увеличение выходной энергии и КПД. На чертеже приведена схема предлагаемого устройства. Устройство для усиления лазерных пучков содержит последовательно расположенные и оптически связанные поляризационную развязку 1, растровую систему 2 разведения фрагментов пучка, лазерный усилитель 3 с составными некомпактными активными элементами и растр 4 из нелинейных зеркал. В качестве поляризационной развязки может использоваться вентиль 5 Фарадея, помещенный между двумя многослойными поляризаторами 6, установленными под углом Брюстера к пучку и развернутыми относительно друг друга по оси пучка на угол 45^о. Растровая система разведения фрагментов пучка состоит из двух разнесенных между собой растровых матриц 7. Матрицы 7 образованы растрами 8 столбцов и растрами 9 строк, состоящими из клиньев прямоугольного сечения, каждый из которых разводит пучок по одной из ортогональных координат. Первая из матриц разводит сплошной пучок на отдельные фрагменты, а вторая направляет все фрагменты по параллельным путям. Лазерный усилитель содержит активные элементы 10 из неодимового стекла в форме стержней квадратного сечения и лампы 11 накачки. Выбор длины обусловлен длиной используемых ламп накачки, а толщина определяется необходимой однородностью прокачки активного элемента. Пространство между активными элементами и лампами 11 накачки заполнено иммерсионной жидкостью, используемой также для охлаждения усилителя. Растр 4 из нелинейных зеркал представляет собой линзовый растр 12, каждая линза которого фокусирует отдельный фрагмент пучка в нелинейную среду 13. В качестве нелинейной среды могут использоваться как жидкости, например ССl₄, так и сжатые газы, например SF₆, помещенные либо в одну общую, либо в отдельные кюветы. Устройство работает следующим образом. Пучок входного лазерного излучения проходит через поляризационную развязку 1, при этом вентиль 5 Фарадея поворачивает плоскость поляризации пучка на 45^о. Затем пучок попадает на растровую систему 2 и разбивается на отдельные фрагменты, которые попадают в соответствующие активные элементы 10 лазерного усилителя 3 и там усиливаются, попадают на соответствующие зеркала растра 4 из нелинейных зеркал и отражаются с обращением волнового фронта отдельных фрагментов. Фрагменты пучка попадают вновь в активные элементы 10 усилителя 3, еще раз усиливаются, входят в растровую систему 2, в которой фрагменты складываются в компактный пучок. Пучок попадает на поляризационную развязку 1, плоскость поляризации его еще раз поворачивается на 45^о, становится ортогональной плоскости поляризации входного излучения, отражается от поляризатора 6 и выводится из устройства. При построении каскадной лазерной системы, каскадом которой является предлагаемое устройство, поляризационная развязка служит для уменьшения паразитного излучения. При этом излучение, выходящее из устройства в предыдущий каскад, и излучение, входящее в устройство из последующего каскада, ослабляются поляризационной развязкой до уровня ниже порога срабатывания нелинейных зеркал. Таким образом, нелинейные зеркала также служат для межкаскадной развязки. При использовании вместо одного нелинейного зеркала растра из нелинейных зеркал решается проблема обращения суммы лазерных пучков, энергия которых растет с увеличением апертуры усилителя. Кроме того, отпадает проблема фазирования отдельных, некомпактно расположенных и не точно параллельно распространяющихся фрагментов лазерного пучка. Важно отметить, что пучок, состоящий из отдельных фрагментов дифракционного качества, фазы которых распределены по случайному закону, для целого ряда приложений имеет преимущества перед сплошным пучком дифракционного качества. Таким образом, в предлагаемом устройстве удачно сочетаются преимущества лазерных усилителей с некомпактными активными элементами (высокая эффективность не уменьшается с ростом апертуры усилителя) с преимуществом лазерных усилителей с компактными активными элементами (выходное излучение в виде компактного пучка, удобное для усиления в следующем каскаде). Таким образом, в данном устройстве достигается увеличение выходной энергии и КПД усилителя при сохранении компактности пучка излучения.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ, состоящее из поляризационной развязки, лазерного усилителя с составным активным элементом и общей оптической системой накачки, включающей лампы накачки, а также обращающего волновой фронт нелинейного зеркала, отличающееся тем, что, с целью увеличения выходной энергии и КПД, между поляризационной развязкой и усилителем установлена растровая система разведения пучка, элементы которой оптически сопряжены с соответствующими активными элементами лазерного усилителя, лампы накачки расположены между активными элементами усилителя, а обращающее волновой фронт нелинейное зеркало выполнено в виде растра из линейных зеркал, оптически сопряженных с соответствующими активными элементами лазерного усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000        

---