基于矩陣光學的多程激光放大器準直系統模型分析

唐 瑋，高光波，孟繁禹

（中國航空制造技術研究院，北京 100024）

當前多程放大技術成為高功率固體激光裝置的主要發展方向，隨著多程放大技術的實現，高功率固體激光裝置的光路結構更復雜、光學元器件更多。如果采用人工調整光路，存在工作量較大，速度較慢、重復性較差、且精度低等問題。為了對激光光路進行調試和維護，建立光路準直的數學模型和調整方案很有必要[1-2]。

矩陣光學采用矩陣代數方法研究光學問題，具有處理問題簡單和便于計算機求解的優點，易于獲得解析解。用矩陣光學方法，建立了多程放大自動準直系統的遠、近場光斑偏移量與調整量的解析表達式；驗證了該自動準直系統光路原理及調整方法的可行性。以某型放大器為例進行分析，四程增益設計指標＞200倍，考慮到機械結構件因振動和小溫度變化產生的光束角漂移量，該放大系統的準直調整關聯性大，調整難度高[3-5]。

1 多程放大系統的光學原理

本研究所述的多程放大系統，均以四程放大為例，通過多程偏振態的控制，實現了放大介質的多次重復利用。其光學原理設計如圖1所示。其光路傳遞過程如下。

圖1 光學原理圖Fig.1 Optical schematic diagram

（1）輸入的種子光為豎直偏振，經過反射鏡M1和偏振分光棱鏡PBS1，經過磁光隔離器FR1和旋轉半波片HP，其偏振方向由豎直偏振方向改變為水平偏振方向，通過偏振分光棱鏡PBS2后注入到前級空間濾波器1中，依次經過前級增益介質和前級空間濾波器2后，實現第1程放大。……