CN111463650A - 超紧凑高消光比激光脉冲清洁装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超紧凑高消光比激光脉冲清洁装置及方法。该装置包括：激光振荡器、脉冲展宽器、脉冲放大器、第一宽带高反镜、第一宽带偏振片、电光开关、第二宽带偏振片、第二宽带高反镜和第三宽带高反镜；其中，第一宽带偏振片和第二宽带偏振片相互正交放置；所述激光振荡器生成种子激光，所述种子激光依次经所述脉冲展宽器进行脉冲展宽和所述脉冲放大器进行脉冲放大；放大后的激光脉冲依次经过第一宽带高反镜、第一宽带偏振片、电光开关、第二宽带偏振片形成入射光路；经过所述第二宽带偏振片后出射的激光脉冲依次经过第二宽带高反镜、第二宽带偏振片、电光开关、第一宽带偏振片和第三宽带高反镜形成反射光路。

Description

超紧凑高消光比激光脉冲清洁装置及方法
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种超紧凑高消光比激光脉冲清洁装置及方法。
背景技术
啁啾脉冲放大(Chirped Pulse Amplification，CPA)技术的问世使得超短超强激光有了极大的发展。超短超强激光脉冲可以和材料相互作用产生各种波段的光源（如极紫外、X射线等），也可以作为高能电子束的驱动。
目前，超短超强激光脉冲可以达到数十拍瓦的峰值功率。随着激光脉冲峰值功率的增加，在主脉冲前（几纳秒到几十纳秒）的预脉冲的功率也会跟着提高。这些预脉冲通常是由于偏振元件消光比的限制和光学反射元件二次反射等原因产生的，其中主脉冲和预脉冲的比值一般定义为脉冲的时间对比度。目前，在超短超强激光与物质相互作用的物理实验中，一般使用的聚焦后的激光脉冲峰值功率密度要高于1017W/cm2，而其预脉冲的峰值功率密度也高于1011W/cm2，这样的强度已足够引起在主脉冲与材料作用产生等离子体前就已经产生预等离子体的问题，该预等离子体的出现会影响主脉冲或材料本身的特性，进而影响加速粒子或产生射线源。由此看来，结合图1所示，脉冲的时间对比度必须足够大以确保预脉冲的强度不超过材料的电离阈值。因此，提升激光脉冲的纳秒信噪比就显得极为重要。
在现有技术中，提高激光脉冲的纳秒对比度的技术（如王兆华, 魏志义, 张杰.提高飞秒超强激光脉冲对比度的新方法[J].物理, 2007, 36(6):483-488.）是采用单通的电光开关将待提升对比度的飞秒激光脉冲单次的通过脉冲清洁装置。采用现有这种技术，一方面由于元器件的消光比的限制，单次通过脉冲清洁装置只能提高一定量级的脉冲对比度，想要更高的脉冲对比度只能再增加一套现有的脉冲清洁装置。这样无疑会增加激光***的空间和元器件的使用成本，而且光学元件架设的步骤也比较繁琐。
发明内容
针对现有的激光脉冲清洁装置或方法存在的结构繁琐、架设步骤复杂的问题，本发明提供一种超紧凑高消光比激光脉冲清洁装置及方法。
本发明提供的一种超紧凑高消光比激光脉冲清洁装置，包括：激光振荡器、脉冲展宽器、脉冲放大器、第一宽带高反镜、第一宽带偏振片、电光开关、第二宽带偏振片、第二宽带高反镜和第三宽带高反镜；其中，第一宽带偏振片和第二宽带偏振片相互正交放置；
所述激光振荡器生成种子激光，所述种子激光依次经所述脉冲展宽器进行脉冲展宽和所述脉冲放大器进行脉冲放大；
放大后的激光脉冲依次经过第一宽带高反镜、第一宽带偏振片、电光开关、第二宽带偏振片形成入射光路；
经过所述第二宽带偏振片后出射的激光脉冲依次经过第二宽带高反镜、第二宽带偏振片、电光开关、第一宽带偏振片和第三宽带高反镜形成反射光路。
进一步地，在所述第一宽带偏振片和所述第二宽带偏振片之间还设置有宽带半波片。
进一步地，所述第一宽带高反镜和所述第三宽带高反镜的入射角均为45°，所述第二宽带高反镜的入射角的取值范围为0~5°。
进一步地，所述第一宽带偏振片和第二宽带偏振片的工作带宽均大于100nm，消光比>10000:1。
本发明提供的一种超紧凑高消光比激光脉冲清洁方法，包括：
步骤1：激光振荡器生成种子激光；
步骤2：使所述种子激光进入脉冲展宽器，将其脉冲宽度展宽至预设值；
步骤3：将脉冲宽度达到预设值后的激光脉冲输入至脉冲放大器进行脉冲放大，得到放大后的激光脉冲；
步骤4：使放大后的激光脉冲依次经过第一宽带高反镜和第一宽带偏振片；
步骤5：在激光脉冲中的主脉冲和预脉冲之间的时间间隔内的任一时刻，开启电光开关，使所述主脉冲通过电光开关，然后再通过第二宽带偏振片；
步骤6：使所述激光脉冲射向第二宽带高反镜；
步骤7：使被所述第二宽带高反镜反射的激光脉冲再依次通过第二宽带偏振片、电光开关和第一宽带偏振片后，射向第三宽带高反镜。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种超紧凑高消光比激光脉冲清洁装置，通过将第一宽带偏振片、电光开关、第二宽带偏振片和第二宽带高反镜紧凑的集成在一起，与现有技术各元件独立放置相比大大节省了空间。
本发明提供的一种超紧凑高消光比激光脉冲清洁方法实质上是仅通过采用了一套脉冲清洗装置光学元器件的数量和空间就能将激光脉冲纳秒时间对比度提高了4-6个数量级，从而实现了现有技术中需采用两套脉冲清洗装置才能达到的清洁效果。
附图说明
图1为现有技术提供的主脉冲和预脉冲的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种超紧凑高消光比激光脉冲清洁装置的结构示意图；
附图标记：1为激光振荡器，2为脉冲展宽器，3为脉冲放大器，4为第一宽带高反镜，5为第一宽带偏振片，7为电光开关，8为第二宽带偏振片，9为第二宽带高反镜，10为第三宽带高反镜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图2所示，本发明实施例提供一种超紧凑高消光比激光脉冲清洁装置，包括：激光振荡器1、脉冲展宽器2、脉冲放大器3、第一宽带高反镜4、第一宽带偏振片5、电光开关7、第二宽带偏振片8、第二宽带高反镜9和第三宽带高反镜10；所述激光振荡器1生成种子激光，所述种子激光依次经所述脉冲展宽器2进行脉冲展宽和所述脉冲放大器3进行脉冲放大；放大后的激光脉冲依次经过第一宽带高反镜4、第一宽带偏振片5、电光开关7、第二宽带偏振片8形成入射光路；经过所述第二宽带偏振片8后出射的激光脉冲依次经过第二宽带高反镜9、第二宽带偏振片8、电光开关7、和第一宽带偏振片5和第三宽带高反镜10形成反射光路。其中，所述的电光开关7由高压产生模块、电光晶体、电源控制模块组成，其功能是当激光脉冲通过电光晶体时，电源控制模块控制高压产生模块为电光晶体提供半波高压，使得通过电光开关7的激光脉冲的偏振状态转变90°。
作为一种可实施方式，所述第一宽带高反镜4和所述第三宽带高反镜10的入射角均为45°，所述第二宽带高反镜9的入射角的取值范围为0~5°，所述第一宽带偏振片5和第二宽带偏振片8的工作带宽均大于100 nm，消光比>10000:1。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中，在所述第一宽带偏振片5和所述第二宽带偏振片8之间还设置有宽带半波片。具体地，所述宽带半波片用于校正电光开关7的位置，当校正好后，装置正常运行对激光脉冲进行清洁时，需要将该宽带半波片从入射光路中移除。
实施例2
对应实施例1提供的装置，本发明实施例还提供一种超紧凑高消光比激光脉冲清洁方法，包括：
S201：激光振荡器1生成种子激光；
S202：使所述种子激光进入脉冲展宽器2，将其脉冲宽度展宽至预设值；
S203：将脉冲宽度达到预设值后的激光脉冲输入至脉冲放大器3进行脉冲放大，得到放大后的激光脉冲；
S204：使放大后的激光脉冲依次经过第一宽带高反镜4和第一宽带偏振片5；
S205：在激光脉冲中的主脉冲和预脉冲之间的时间间隔内的任一时刻，开启电光开关7，使所述主脉冲通过电光开关7，然后再通过第二宽带偏振片8；
S206：使所述激光脉冲射向第二宽带高反镜9；
S207：使被所述第二宽带高反镜9反射的激光脉冲再依次通过第二宽带偏振片8、电光开关7和第一宽带偏振片5后，射向第三宽带高反镜10。
具体地，步骤S203中得到的放大后的激光脉冲中的主脉冲和该主脉冲前的预脉冲此时具有相同的偏振状态，主脉冲和预脉冲之间的时间间隔一般在几个到几十个纳秒之间，电光开关7开启后高压脉冲的持续时间在10ns左右。
首先，当放大后的激光脉冲中的预脉冲和主脉冲先经过第一宽带偏振片5（起到检偏器的作用）后，此时激光脉冲中的主脉冲和预脉冲的偏振状态仍是相同的（例如，此时均为水平偏振状态）；
然后，激光脉冲中的预脉冲先到达电光开关7，此时电光开关7并未开启仍处于关闭状态，因此通过电光开关7后的预脉冲的偏振状态不变（即仍为水平偏振状态），而当主脉冲到达电光开关7时开启电光开关7，通过电光开关7后的主脉冲的偏振状态转变90°（即由之前的水平偏振状态变为垂直偏振状态）。因此，通过电光开关7后，此时激光脉冲中的主脉冲和预脉冲的偏振状态互为正交：主脉冲呈垂直偏振状态，预脉冲呈水平偏振状态。
接着，激光脉冲通过第二宽带偏振片8，由于第二宽带偏振片8和第一宽带偏振片5正交放置，因此，此时只有激光脉冲中的主脉冲可以通过第二宽带偏振片8，而激光脉冲中的预脉冲则被第二宽带偏振片8反射出光路，此时实现对激光脉冲的第一次清洁；由于电光晶体消光比的限制，预脉冲的单次清洁只能达到一定的程度，因此，第一次清洁后的激光脉冲中可能还会有剩余的预脉冲。
最后，从第二宽带偏振片8出射的激光脉冲射向第二宽带高反镜9，被第二宽带高反镜9反射，反射后的激光脉冲（即主脉冲和少部分剩余的预脉冲）再依次经过第二宽带偏振片8、电光开关7、第一宽带偏振片5；由于电光开关7开启后高压脉冲的持续时间在10ns左右，而激光脉冲从第一次经过电光开关7到第二次经过电光开关7的时间<1 ns，所以当激光脉冲第二次通过第一宽带偏振片5时仍为水平偏振状态，通过第一宽带偏振片5后，射向第三宽带高反镜10，至此实现对激光脉冲的第二次清洁。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种超紧凑高消光比激光脉冲清洁装置，其特征在于，包括：激光振荡器、脉冲展宽器、脉冲放大器、第一宽带高反镜、第一宽带偏振片、电光开关、第二宽带偏振片、第二宽带高反镜和第三宽带高反镜；其中，第一宽带偏振片和第二宽带偏振片相互正交放置；
所述激光振荡器生成种子激光，所述种子激光依次经所述脉冲展宽器进行脉冲展宽和所述脉冲放大器进行脉冲放大；
放大后的激光脉冲依次经过第一宽带高反镜、第一宽带偏振片、电光开关、第二宽带偏振片形成入射光路；
经过所述第二宽带偏振片后出射的激光脉冲依次经过第二宽带高反镜、第二宽带偏振片、电光开关、第一宽带偏振片和第三宽带高反镜形成反射光路。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述第一宽带偏振片和所述第二宽带偏振片之间还设置有宽带半波片。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一宽带高反镜和所述第三宽带高反镜的入射角均为45°，所述第二宽带高反镜的入射角的取值范围为0~5°。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一宽带偏振片和第二宽带偏振片的工作带宽均大于100 nm，消光比>10000:1。
5.一种超紧凑高消光比激光脉冲清洁方法，其特征在于，包括：
步骤1：激光振荡器生成种子激光；
步骤2：使所述种子激光进入脉冲展宽器，将其脉冲宽度展宽至预设值；
步骤3：将脉冲宽度达到预设值后的激光脉冲输入至脉冲放大器进行脉冲放大，得到放大后的激光脉冲；
步骤4：使放大后的激光脉冲依次经过第一宽带高反镜和第一宽带偏振片；
步骤5：在激光脉冲中的主脉冲和预脉冲之间的时间间隔内的任一时刻，开启电光开关，使所述主脉冲通过电光开关，然后再通过第二宽带偏振片；
步骤6：使所述激光脉冲射向第二宽带高反镜；
步骤7：使被所述第二宽带高反镜反射的激光脉冲再依次通过第二宽带偏振片、电光开关和第一宽带偏振片后，射向第三宽带高反镜。
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