专利名称：臭氧相容性受激布里渊散射材料的制作方法
激光器在许多领域有日益增加的用途。在军事，工业和商业应用中，尤其需要具有好的光束质量的中到高功率固态激光器。
激光的质量部分地由激光器的放大介质产生的激光光束像差决定。校正这些像差的一种方法是通过光相位共轭，利用了具有受激布里渊散射介质的受激布里渊散射(SBS)。因为Q开关提供了固态激光器中所需的超过受激布里渊散射阈值的高峰值功率，故而使用受激布里渊散射的相位共轭在固态激光器中尤其有用。而且，其它消除像差的方案，比如使介质流动起来，对固态激光器不适用。
在固态激光器中已有一些物质用作受激布里渊散射介质，包括苯(C6H6)，己烷(C6H12)，氟利昂113(C2CL3F3)，四氯化碳(CCL4)，和甲基及二甲基环己烷(分别是C6H12-CH3和C6H12-(CH3)2，)。可是，这些物质中的每一种都有缺点。C-H键的存在易于吸收波长约1μm的电磁辐射，所以不适用于象钕和镱激光器等在此范围工作的高功率激光器。另一方面，氯化碳氢化合物导致臭氧层减薄，并正被从工业使用中逐步淘汰。
所以，仍需某种物质，与激光器结合，它能够在受激布里渊散射元件中用作受激布里渊散射介质，它还不对臭氧层造成破坏，且对1μm左右电磁辐射没有较大的吸收作用。拥有这样的受激布里渊散射介质将会有利得多它具有很快的响应时间使得在大的动态范围内保持共轭精度。拥有一个具有高的损坏阈值的受激布里渊散射介质也会有利得多。
本发明满足了这些需要，按照本发明的一个实施例，提供了一种装置使用受激布里渊散射(SBS)，产生电磁辐射的相位共轭。此装置包括一使用液态全氟碳作为SBS介质的SBS元件。液态全氟碳是从一组分子式为CxFy的化合物中选取的，其中x＞1，y＞4。更理想的是x＞4，且y＜16；最理想的是4＜x＜7，且6＜y＜15。
根据本发明的另外一个实施例，提供了一台用于产生激光束的激光器。此激光器包括一个使用液态全氟碳作为SBS介质的SBS元件。液态全氟碳是从一组分子式为CxFy的化合物中选取的，其中，x＞1，y＞4。更理想的是x＞4，且y＜16；最理想的是4＜x＜7，且6＜y＜15。在一个实施例中，激光器输出功率大于约100W。在另一实施例中，所产生的激光束具有小于2倍的D.L.(衍射极限)的质量。
根据本发明的另一实施例，提供了一种减少激光光束像差的方法，比如当光束通过一放大介质时产生的像差。此方法包括一个使用SBS元件产生相位共轭的步骤，而此SBS元件使用液态全氟碳作为SBS介质。液态全氟碳是从一组分子式为CxFy的化合物中选取的，其中x＞1，y＞4。更理想的是x＞4，且y＜16；最理想的是4＜x＜7，且6＜y＜15。
再根据本发明的另外一实施例，提供了一种产生一束输出激光束的方法。此方法包括的步骤有首先，用一激光器产生一初始激光束。然后，一个以液态全氟碳介质作为SBS介质的SBS元件对初始激光束进行相位共轭。此液态全氟碳是选自一组分子式为CxFy的化合物，其中x＞1，y＞4。更理想的是x＞4且y＜16，最理想的是4＜x＜7，且6＜y＜15。此方法还包括在产生激光光束步骤后放大初始激光束的步骤。
参照下列描述，附加权利要求书，和附加图表，本发明的这些及其它的特征，方面和优点将变得更好理解，其中
图1是一按照本发明具有一SBS元件的激光器的示意图；图2显示了全氟甲基环己烷和全氟-1，3-二甲基环己烷的吸收光谱；以及图3显示了全氟-1，3-二甲基环己烷与氟利昂113的在相位共轭精度中SBS反射率的对比。
按照本发明的一个方面，提供了一个使用SBS产生电磁辐射的相位共轭的装置。而且，提供了一台结合此装置的激光器。
现在参见图1，图示有一台包括根据本发明的SBS元件12的激光器10的示意图。如所示，激光器10还包含有一主控振荡器14，一偏振器16，一放大器18和一偏振旋转机构24。主控振荡器14产生一初始的精确定向的激光束20，它由偏振器16导向进入放大器18。当初始光束20通过放大器18时，它的功率被增大了。可是，放大器18中介质的非均匀性使初始光束20中引入了像差。通过把初始光束20照入SBS元件12，这些像差显著地减小了，因而引起相位共轭光束向后传播通过放大器18。这种通过相同非均匀介质的向后传播显著地校正了初始光束20中的像差。光束20然后被偏振旋转并穿出放大器18，在此处它被偏振器16反射成为射向目标(没显示)的输出激光束22。
如上所述，已知一些物质作为如图1中所示的-SBS元件中的SBS介质是有用的。这些物质中有碳氢化合物，比如苯(C6H6)，己烷(C6H12)，和甲基及二甲基环己烷(分别为C6H11-CH3和C6H10-(CH3)2)，和包含例如氟利昂113(C2CL3F3)和四氯化碳(CCL4)的含氯碳化物。
根据本发明的一个方面，提供了一台使用SBS进行电磁辐射相位共轭的装置。该装置包括一个使用液态全氟碳作为SBS介质进行相位共轭的SBS元件。液态全氟碳是从一组分子式为CxFy的化合物中选取的，其中x＞1，y＞4。更理想的是x＞4且y＜16，最理想的是4＜x＜7且6＜y＜15。最好使用液态全氟碳，因为它们由于较短的声子寿命(大约1ns)而有更快的响应速率，因而，比气态介质有更大的SBS动态范围。短的声子寿命允许SBS过程跟上短暂的(5-10ns)Q-开关脉冲的瞬时积聚，并通过向焦点上游移动反射区域限制焦点区域的强度。液体由于一般具有比固态SBS介质更高的损坏阈值而比固态SBS介质更可取。
可用作根据本发明的SBS介质的液态全氟碳的例子有六氟苯(C6F6)，全氟甲基环己烷(C6F11-CF3)，全氟-1，3-二甲基环己烷(C6F10-CF3)2和液化的四氟化碳(CF4)及六氟乙烷(C2F6)。更有利的是，这些化合物与臭氧减少无关。还有利的是，这组化合物对钕激光器和镱激光器的工作范围1μm左右的吸收度低。
这些材料可通过商业渠道，例如，从Aldrich Chemical，ofMilwaukee，Wisconsin得到。一般使用的这些化合物是相对纯净状态，例如通过商业渠道得到的材料纯度一般在80％左右至90％左右之间，再对这些材料进行蒸馏，然后用0.2μm的过滤器过滤(去除颗粒)。这些材料的化合物在本发明中使用也可很有利。工艺中一项常用技术判明通过把这些材料掺和，可使SBS特性“调节”到符合某一特殊应用。例如，每种材料的频移是不同的。需要的场合，有经验者可通过混和两种或多种这些化合物而获得一个精确的频移。
现参见图2，这里显示了以下材料的吸收光谱全氟甲基环己烷(顶部)和全氟-1，3-二甲基环己烷(底部)。如所见，这些化合物在中红外波段是非常透明的。因而，它们适用于象钕激光器和镱激光器这样的高功率激光器。
现参见图3，这里显示了氟利昂113(实心方块)与全氟-1，3-二甲基环己烷(实心菱形)的反射率及相位共轭精度间的对比。如所见，由这些数据来说，全氟-1，3-二甲基环己烷和氟利昂113两者显示了相似的特性。
根据本发明的另一方面，提供了一台具有放大介质的激光器。激光器包括一个SBS元件，它用于减少通过相位共轭在放大介质中因不均匀性而产生的像差。其成分包括此处所公开的一种液态全氟碳作为SBS介质。全氟碳是从一组分子式为CxFy的化合物中选取的，其中x＞1且y＞4。更理想的是x＞4，且y＜16，最理想的是4＜x＜7，且6＜y＜15。适合的液态全氟碳的例子包括CF4，C2F6，C6F6，C6F11-CF3和C6F10-(CF3)2。
根据本发明的激光器可有比约100W更大的功率输出。而且，根据本发明的激光器具有小于2倍的D.L.的光束质量。
根据本发明的另一情况，提供了一种减少当光束通过一放大介质时在激光光束中产生的像差的方法。此方法包括一个使用SBS元件对放大光束进行相位共轭的步骤，而此SBS元件使用液态全氟碳作为SBS介质。液态全氟碳是从一组分子式为CxFy的化合物中选取的，其中x＞1且y＞4。更理想的是，x＞4且y＜16，最理想的是，4＜x＜7，且6＜y＜15。适用的液态全氟碳的例子包括CF4，C2F6，C6F6，C6F11-CF3和C6F10-(CF3)2。
根据本发明的另一实施例，提供了一种产生一输出激光束的方法。此方法包括步骤有，首先，使用一台激光器产生一初始激光束。然后，使用一个液态全氟碳介质作为SBS介质的SBS对初始激光束进行相位共轭。液态全氟碳是从一组分子式为CxFy的化合物中选取的，其中x＞1且y＞4。更理想的是，x＞4且y＜16，最理想的是4＜x＜7且6＜y＜15。此方法另外包括在产生初始光束步骤后放大它的步骤。
例子使用按图1所示装配的激光器进行对比实验。在第一试验中，氟利昂113用于SBS元件中。在第二试验中，SBS元件中使用全氟-1，3-二甲基环己烷。
两个试验在相同条件下进行。试验工作完成后，进行反射率和共轭精度的对比。图3中显示了对比。从结果中所见，全氟-1，3-二甲基显示了与氟利昂113大致相似的反射率和共轭精度特性。因而，试验工作表明全氟-1，3-二甲基环己烷可方便地用于代替氟利昂113，而没有性能损失，且对环境有相当改善的益处。
虽然参照某些理想的实施例相当详细地讨论了本发明，然而其它的实施例也是可能的。因此，附加的权利要求书的精神和范围应不局限于此处包括的理想的实施例的描述。
权利要求
1.一台包括受激布里渊散射元件，利用受激布里渊散射进行电磁辐射位相共轭的装置，其中受激布里渊散射元件使用液态全氟碳作为受激布里渊散射介质，其中全氟碳选自一组分子式为CxFy，其中x＞1的化合物及其混合物。
2.根据权利要求1的装置，其中x＜7。
3.一台包括根据权利要求1的装置的激光器。
4.根据权利要求1的装置，其中具有分子式CxFy的液态全氟碳选自CF4，C2F6，C6F6，C6F11-CF3和C6F10-(CF3)2。
5.根据权利要求1的装置，其中y＞4。
6.根据权利要求1的装置，其中y＜15。
7.一台用于产生激光束的激光器，该激光器包括以液态全氟碳作为受激布里渊散射介质的受激布里渊散射元件，其中全氟碳选自一组分子式为CxFy，其中x＞1的一组化合物及其混合物。
8.根据权利要求7的装置，其中x＜7。
9.根据权利要求7的激光器，其中分子式为CxFy的液态全氟碳选自包括CF4，C2F6，C6F6，C6F11-C3C6F10-(CF3)2的组。
10.根据权利要求7的激光器，其中y＞4。
11.根据权利要求7的激光器，其中y＜15。
12.根据权利要求7的激光器，其具有大于约100W的功率输出。
13.根据权利要求7的激光器，其中产生的激光光束具有小于2倍的D.L.的质量。
14.减少激光光束像差，比如当光束经过一放大介质时产生的像差的方法，此方法包括以液态全氟碳作为受激布里渊散射介质，通过受激布渊散射产生相位共轭的步骤，而其中的全氟碳选自一组分子式为CxFy，其中x＞1的化合物及其混合物，
15.根据权利要求14的方法，其中x＜7。
16.根据权利要求14的方法，其中液态全氟碳选自CF4，C2F6，C6F6，C6F11-CF3和C6F10-(CF3)2。
17.根据权利要求15的方法，其中y＞4。
18.根据权利要求15的方法，其中y＜15。
19.产生一输出激光光束的方法，包括步骤有(a)用激光器产生一初始激光束，(b)以液态全氟碳介质作为受激布里渊散射介质，通过受激布里渊散射对初始激光光束进行相位共轭，其中全氟碳选自一组分子式为CxFy，其中x＞1的化合物及其混合物。
20.根据权利要求14的方法，其中x＜7。
21.根据权利要求19的方法，其中相位共轭步骤中的液态全氟碳选自CF4，C2F6，C6F11-CF3，和C6F10-(CF3)2。
22.根据权利要求19的方法，其中y＞4。
23.根据权利要求19的方法，其中y＜15。
24.根据权利要求19的方法，其中在产生步骤中的激光器是固态激光器。
25.根据权利要求19的方法，还包括在产生步骤后放大初始激光束的步骤。
全文摘要
一台用于利用受激布里渊散射(SBS)产生电磁辐射相位共轭的装置,包括用液态全氟碳作为SBS介质的SBS元件。液态全氟碳选自一组分子式为CxFy的化合物,其中x> 1且y> 4。理想的是x> 4,且y< 16,最理想的是4< x< 7,且6< y< 15。还有,包括此装置的固态激光器;用于减少激光束的像差,比如当光束通过放大介质时产生的像差的方法,方法中还包括以液态全氟碳作为SBS介质,通过SBS产生相位共轭的步骤。
文档编号H01S3/30GK1177222SQ9711769
公开日1998年3月25日 申请日期1997年8月27日 优先权日1996年8月28日
发明者哈古普·英杰扬, 兰德·J·St·皮埃尔 申请人:Trw公司