基于SBS驻波腔的高稳定性激光器

基于sbs驻波腔的高稳定性激光器
技术领域
1.本实用新型涉及非线性光学领域，尤其涉及一种基于sbs(stimulatedbrillouin scattering,sbs)驻波腔的高稳定性激光器。


背景技术：

2.近年来，输出脉冲能量及脉宽稳定的高功率百皮秒激光脉冲在惯性约束核聚变、空间碎片探测、激光精密加工、激光医学治疗等方面有重要而广泛的应用。在激光惯性约束核聚变的冲击点火方案中，需要多束稳定的高能高功率百皮秒激光同时作用在装有燃料的氘氚靶丸上，使其产生聚变从而放出巨大能量。在激光工业加工中，高峰值功率高稳定性的百皮秒脉冲可实现精度高达微米级的“冷加工”，在加工过程中产生更小的振动以及减小加工表面的粗糙度，提升加工效率。在激光医疗中，持续时间为百皮秒的激光脉冲对于色素色斑的治疗效果远优于持续时间为纳秒的激光脉冲，极大的提高了疾病的治疗效率。
3.sbs脉冲压缩技术可以将数十纳秒的激光脉冲压缩至百皮秒量级，纳秒量级的泵浦光入射到布里渊介质池中产生的后向stokes种子光，在电致伸缩力的调制作用下种子光与泵浦光耦合并提取剩余能量，由于种子光前沿抽取了泵浦光的大部分能量，所以可以得到陡前沿窄脉宽的百皮秒量级的种子光。该技术因结构简单、光束质量高、输出能量大等优点，成为近年来研究的热门方向。目前，聚焦单池结构在高泵浦功率密度下存在光学击穿、尾部调制及脉冲压缩率低等问题；而独立双池结构的装置繁琐、光路调节难度较大。
4.例如公开号为cn114421270a的中国实用新型申请中，公开了一种布里渊激光器及布里渊激光产生方法。该实用新型所公开的布里渊激光器包括波长可调光源、环行器、光纤和光学微腔；波长可调光源用于提供泵浦光；光纤从环行器的第二端延伸至光学微腔，延伸至光学微腔的光纤包括锥状结构，光纤通过锥状结构与光学微腔耦合；泵浦光经过环行器后耦合入光纤，泵浦光通过锥状结构耦合入光学微腔；调节泵浦光的波长、功率及锥状结构与光学微腔的距离，使泵浦光在光学微腔中激发出布里渊激光，泵浦光和布里渊激光在光学微腔的不同光学模式族中；布里渊激光耦合入光纤，并从环行器的第二端输入，从环行器的第三端输出。本实用新型实施例的技术方案，可以实现可以片上集成、具有低噪声、大功率无级联的布里渊激光输出。但是该实施例为集成结构的光纤激光器，输出功率只有mw量级，且并未提到该激光器有改善输出波形的作用；而本专利输出功率可达mw量级，在实现脉冲宽度由纳秒向百皮秒转化的同时提高了输出脉冲波形及输出能量的稳定性。


技术实现要素：

5.针对现有现有激光器中的脉冲压缩器调节难度大、装置繁琐以及脉冲压缩效率较低的技术问题，本实用新型提出基于sbs驻波腔的高稳定性激光器，实现了脉冲宽度由纳秒向百皮秒转化的同时，改善了输出脉冲在高功率密度泵浦下存在的波形抖动问题，提高了输出脉冲波形及输出能量的稳定性。
6.为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
7.基于sbs驻波腔的高稳定性激光器，其特征在于：包括依次设置的种子源、光隔离器、偏振片ⅰ、四分之一波片与sbs脉冲压缩器，种子源、光隔离器、偏振片ⅰ、四分之一波片与sbs脉冲压缩器的中心设置在同一水平线上，偏振片ⅰ倾斜角度为56
°
；种子源产生单纵模线性偏振泵浦光，泵浦光依次通过光隔离器、偏振片ⅰ和四分之一波片转化为圆偏振光，最终传输至sbs脉冲压缩器的驻波腔中对生成的平行光束的相位进行稳定，同时实现生成的stokes光的能量放大及脉宽压缩。
8.所述光隔离器包括依次设置的偏振片ⅱ、法拉第旋光器与二分之一玻片，偏振片ⅱ、法拉第旋光器与二分之一玻片的中心设置在同一水平线上，偏振片ⅱ倾斜角度为56
°
。
9.所述sbs脉冲压缩器包括依次设置的缩束系统、布里渊放大池、准直系统、部分反射镜、正透镜ⅰ和布里渊产生池，缩束系统、布里渊放大池、准直系统、部分反射镜、正透镜ⅰ和布里渊产生池的中心设置在同一水平线上，部分反射镜与泵浦光保持正入射关系。
10.所述缩束系统包括依次设置的正透镜ⅱ与负透镜，正透镜ⅱ、负透镜和布里渊放大池的中心设置在同一水平线上。
11.所述准直系统包括依次设置的第一小孔光阑与第二小孔光阑，第一小孔光阑、第二小孔光阑和布里渊放大池的中心设置在同一水平线上。
12.所述部分反射镜的入射面镀有部分反射膜，部分反射镜的输出面镀有增透膜i，且增透膜i的透过率大于所述部分反射膜的反射率。
13.所述布里渊放大池与布里渊产生池前后窗镜均镀增透膜ii，且布里渊放大池与布里渊产生池内均充满sbs活性介质。
14.本实用新型的有益效果为：首次提出了一种基于sbs紧凑双池驻波腔的高稳定性激光器，实现了脉冲宽度由纳秒向百皮秒的转化，利用驻波腔结构有效的改善了stokes种子光的波形抖动问题，并进一步的窄化种子光，同时提高输出能量反射率，使输出脉冲的能量及波形稳定性较传统结构有大幅提升，实现高功率高稳定性短脉冲激光输出。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本实用新型的结构示意图。
17.图2为图1所示sbs脉冲压缩器的结构示意图。
18.图中，1为种子源，2为光隔离器，3为偏振片ⅰ，4为四分之一波片，5为 sbs脉冲压缩器，5-1为缩束系统，5-2为布里渊放大池，5-3为准直系统，5-4 为部分反射镜，5-5为正透镜ⅰ，5-6为布里渊产生池，5-1-1为正透镜ⅱ，5-1-2 为负透镜，5-3-1为第一小孔光阑，5-3-2为第二小孔光阑。
具体实施方式
19.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实
施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.如图1所示，基于sbs驻波腔的高稳定性激光器，包括依次设置的种子源 1、光隔离器2、偏振片ⅰ3、四分之一波片4与sbs脉冲压缩器5，种子源1、光隔离器2、偏振片ⅰ3、四分之一波片4与sbs脉冲压缩器5的中心设置在同一水平线上。其中，种子源1用于产生单纵模线性偏振泵浦光。光隔离器2包括依次设置的偏振片ⅱ、法拉第旋光器与二分之一玻片，偏振片ⅱ、法拉第旋光器与二分之一玻片的中心设置在同一水平线上，偏振片ⅱ倾斜角度为56
°
。其中，偏振片ⅱ的作用为使正向的p偏振光透过，反向的s光反射，法拉第旋光器的作用为使正向入射光及反向入射光的偏振面向同一方向旋转45
°
，二分之一玻片的作用为将通过旋光器的光的偏振态调制恢复为p偏振光，将反向入射的光的偏振态沿不同方向旋转45
°
，从而使其通过旋光器后变为s光。该光隔离器2用于确保光束单向传输，防止后向stokes脉冲或未被抽运的泵浦光返回所述种子源1，对其造成损伤。泵浦光穿过光隔离器2后射入倾斜角为56
°
的偏振片ⅰ3，该偏振片ⅰ3的作用为对泵浦光进行检偏，设置偏振片ⅰ3倾斜角度为56
°
，使光线以布儒斯特角入射，保证透过光线全部为p偏振光，经检偏的泵浦光射入四分之一波片4并转化为圆偏振光。随后，圆偏振光进入脉冲压缩器5实现脉冲的压缩与能量的转换，输出高功率高稳定性的百皮秒脉冲。
21.如图2所示，sbs脉冲压缩器5包括依次设置的缩束系统5-1、布里渊放大池5-2、准直系统5-3、部分反射镜5-4、正透镜ⅰ5-5和布里渊产生池5-6，缩束系统5-1、布里渊放大池5-2、准直系统5-3、部分反射镜5-4、正透镜ⅰ5-5和布里渊产生池5-6的中心设置在同一水平线上，部分反射镜5-4与泵浦光始终保持正入射关系。其中，缩束系统5-1的主要作用为通过缩小光斑面积来提高光功率密度，缩束系统5-1包括依次设置的正透镜ⅱ5-1-1与负透镜5-1-2，正透镜ⅱ5-1-1 与负透镜5-1-2的中心设置在同一水平线上，通过正透镜ⅱ5-1-1与负透镜5-1-2 结合，调节透镜组的焦距组合来得到合适大小的光斑面积。为避免损伤后续光路中的光学元件，在搭建光路时需测量缩束系统5-1后近场与远场的光斑形态与光斑直径，确保圆偏振光经过后转化为光束质量较好的平行光束。布里渊放大池5-2的长度l1≥τ
p
c/2n，布里渊放大池5-2与布里渊产生池5-6的间距d与正透镜ⅱ5-1-1焦距f具有以下约束条件：
22.d f≤τ
p
c/4n
23.其中，τ
p
为泵浦光脉冲宽度；c为光速；n为布里渊介质折射率。
24.布里渊放大池5-2前后窗均镀增透膜，确保不产生具有干扰作用的窗镜返回光，且布里渊放大池中充满低吸收、高负载、短声子寿命的sbs活性介质，为 sbs过程的能量转换提供场所。准直系统5-3包括依次设置的第一小孔光阑5-3-1 与第二小孔光阑5-3-2，第一小孔光阑5-3-1与第二小孔光阑5-3-2的中心设置在同一水平线上，以确保所述正向泵浦光与所述反向平行光束在所述布里渊放大池5-2中共线干涉，形成相干驻波腔。部分反射镜5-4的入射面镀有部分反射膜，使得一部分平行光束反射到布里渊放大池中，输出面镀有增透膜ⅰ，防止反向平行光束在该面上产生具有干扰作用的回光，正透镜ⅰ5-5使平行光束在介质中聚焦，布里渊产生池5-6的主要作用为提供能量交换场所。
25.具体的，圆偏振光由缩束系统5-1经布里渊放大池5-2与准直系统5-3射入部分反射镜5-4，部分平行光束被部分反射镜5-4反射形成反向平行光束，反向平行光束经准直系
统5-3射入布里渊放大池5-2，与布里渊放大池5-2内的圆偏振光发生干涉，使布里渊放大池5-2形成驻波腔。平行光束与圆偏振光相干产生的驻波引起介质的密度调制，使平行光束的相位及放大过程更加稳定，有效抑制了波形的展宽，使其进一步窄化，并减少拖尾及波形抖动。未被部分反射镜 5-4的圆偏振光沿原方向传播，经正透镜ⅰ5-5聚焦进入布里渊产生池5-6中，由于光斑面积急剧减小，布里渊产生池5-6中的入射光功率密度迅速达到sbs阈值从而产生背向散射的stokes光，stokes光再次进入布里渊放大池5-2，在驻波腔中进一步实现能量放大及脉宽压缩。
26.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。