CN113437621A - 高功率激光时空啁啾脉冲放大*** - Google Patents

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Abstract

一种高功率激光时空啁啾脉冲放大***，由激光种子脉冲源、脉冲时域展宽器、脉冲空间展宽器、可级联的啁啾脉冲放大器、脉冲空间压缩器和脉冲时域压缩器构成。由激光种子脉冲源输出种子脉冲，种子脉冲经脉冲时域展宽器展宽为时域啁啾脉冲，时域啁啾脉冲再经脉冲空间展宽器展宽为时空啁啾脉冲，然后通过一个或多个可级联的啁啾脉冲放大器对时空啁啾脉冲进行能量放大和光谱整形，经放大后的时空啁啾脉冲再依次经过脉冲空间压缩器和脉冲时域压缩器而被压缩为超短激光脉冲。该***在时空啁啾脉冲放大过程中实现其光谱整形，可以有效抑制CPA***中的光谱窄化和光谱红移，且避免了光谱滤波所造成的激光脉冲能量损耗及滤波装置适用条件的限制。

Description

高功率激光时空啁啾脉冲放大***
技术领域
本发明涉及高功率激光脉冲放大，特别是一种高功率激光时空啁啾脉冲放大***。
背景技术
1960年，美国Hughes实验室的Maiman发明了世界上第一台激光器。随后，调Q技术和锁模技术迅速发展，激光脉冲峰值功率达到GW(109W)量级。当继续提高激光功率时，光束自聚焦等非线性效应增强，容易造成光学元件损伤。1985年，美国Rochester大学的D.Strickland和G.Mourou应用啁啾脉冲放大(以下简称为CPA)技术很好的解决了上述问题。激光种子脉冲先在时域上被展宽为啁啾脉冲，时域啁啾脉冲经能量放大后再被压缩为超短激光脉冲。利用CPA技术已使得激光脉冲峰值功率达到TW(1012W)甚至PW(1015W)量级以上。对于传统的CPA技术，时域啁啾脉冲在能量放大过程中将会产生光谱窄化和光谱红移等效应，从而影响压缩后激光脉冲宽度。为了抑制光谱窄化和光谱红移，在CPA***中通常需要对激光种子脉冲进行光谱滤波(物理学报,2005(06):2764-2768)。然而，光谱滤波将会造成激光脉冲能量的损耗，且滤波装置需适用于一定的激光条件。可见，需要突破传统CPA技术中的局限性，进而提升CPA***的激光功率输出能力。
发明内容
本发明提供一种高功率激光时空啁啾脉冲放大***，突破传统CPA***中光谱窄化和光谱红移效应的限制，促进CPA***激光功率输出能力的提升。
本发明的技术解决方案如下：
一种高功率激光时空啁啾脉冲放大***，包括激光种子脉冲源、脉冲时域展宽器与脉冲时域压缩器，其特点在于还包括脉冲空间展宽器、可级联的啁啾脉冲放大器和脉冲空间压缩器，所述的可级联啁啾脉冲放大器的构成包括：多路泵浦激光脉冲、多个泵浦光反射镜、增益介质、多个种子光反射镜，所述的种子脉冲经所述的脉冲时域展宽器展宽为时域啁啾脉冲，该时域啁啾脉冲再经所述的脉冲空间展宽器展宽为时空啁啾脉冲，所述的多路泵浦激光脉冲分别经所述的泵浦光反射镜反射后作用于所述的增益介质上，所述的时空啁啾脉冲经多个种子光反射镜反射而多次通过所述的增益介质；在所述的增益介质的横截面处，所述的多路泵浦激光脉冲沿所述的时空啁啾脉冲的空间啁啾方向(即z轴方向)依次排布，经过一个或多个所述的可级联的啁啾脉冲放大器对所述的时空啁啾脉冲进行能量放大和光谱整形后，所述的时空啁啾脉冲再依次经过所述的脉冲空间压缩器和脉冲时域压缩器被压缩为超短激光脉冲。
所述的脉冲空间展宽器为棱镜对或光栅对，时域啁啾脉冲通过脉冲空间展宽器后产生垂直于其传播主平面(即xy平面)的空间啁啾，所述的脉冲空间压缩器与所述的脉冲空间展宽器结构对称而功能相反。
所述的可级联啁啾脉冲放大器通过调节所述的多路泵浦激光脉冲的能量、偏振或延时可抑制光谱窄化和光谱红移。
与现有技术相比，本发明具有以下显著特点：
1.利用时空啁啾脉冲放大技术，可实现时空啁啾脉冲的多级多通放大，抑制CPA***中的光谱窄化和光谱红移，进而提升其激光功率输出能力；
2.在时空啁啾脉冲放大过程中，可逐级实现时空啁啾脉冲的光谱整形，避免了预补偿光谱滤波所造成的激光脉冲能量损耗及滤波装置适用条件的限制。
附图说明
图1为本发明高功率激光时空啁啾脉冲放大***结构示意图。
图2为实施例中脉冲空间展宽器的光路结构示意图。
图3为实施例中可级联多通啁啾脉冲放大器的光路结构示意图。
图4为实施例中泵浦激光脉冲和时空啁啾脉冲在增益介质横截面处的空间排布示意图。
具体实施方式
下面通过实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请先参阅图1、图3，图1为本发明高功率激光时空啁啾脉冲放大***的结构示意图。图3为实施例中可级联多通啁啾脉冲放大器的光路结构示意图。由图可见，本发明高功率激光时空啁啾脉冲放大***，包括激光种子脉冲源1、脉冲时域展宽器2与脉冲时域压缩器6，还包括脉冲空间展宽器3、可级联的啁啾脉冲放大器4和脉冲空间压缩器5，所述的可级联啁啾脉冲放大器4的构成包括：多路泵浦激光脉冲P1、P2、P3、P4、…、多个泵浦光反射镜401、402、403、404、增益介质405、多个种子光反射镜413、412、411、410、409、408、407、406，所述的种子脉冲C0经所述的脉冲时域展宽器2展宽为时域啁啾脉冲C1，该时域啁啾脉冲C1再经所述的脉冲空间展宽器3展宽为时空啁啾脉冲C2，所述的多路泵浦激光脉冲P1、P2、P3、P4、…分别经所述的泵浦光反射镜401、402、403、404反射后作用于所述的增益介质405上，所述的时空啁啾脉冲C2经多个种子光反射镜413、412、411、410、409、408、407、406反射而多次通过所述的增益介质405；在所述的增益介质405的横截面处，所述的多路泵浦激光脉冲P1、P2、P3、P4、…沿所述的时空啁啾脉冲C2的空间啁啾方向(即z轴方向)依次排布，经过一个或多个所述的可级联的啁啾脉冲放大器4对所述的时空啁啾脉冲C2进行能量放大和光谱整形后，所述的时空啁啾脉冲C2再依次经过所述的脉冲空间压缩器5和脉冲时域压缩器6被压缩为超短激光脉冲。
所述的脉冲空间展宽器3为棱镜对或光栅对，时域啁啾脉冲C1通过脉冲空间展宽器3后产生垂直于其传播主平面(即xy平面)的空间啁啾，所述的脉冲空间压缩器5与所述的脉冲空间展宽器3结构对称而功能相反。
所述的脉冲时域展宽器2和脉冲时域压缩器6可分别采用
Figure BDA0003119435900000031
型展宽器和Treacy型压缩器。
请参阅图2，图2为实施例中脉冲空间展宽器的光路结构示意图。由图可见，时域啁啾脉冲C1沿x轴方向依次通过第一棱镜301和第二棱镜302后展宽为时空啁啾脉冲C2，时空啁啾脉冲C2具有沿z轴方向的空间啁啾。第一棱镜301的入射面与第二棱镜302的出射面相平行，第一棱镜301的出射面与第二棱镜302的入射面相平行。所述的脉冲空间压缩器5与所述的脉冲空间展宽器3结构对称而功能相反。
图4为实施例中泵浦激光脉冲和时空啁啾脉冲在增益介质横截面处的空间排布示意图。P1、P2、P3、P4为多路泵浦激光脉冲，C2为时空啁啾脉冲，405为增益介质。
实验表明，本发明在时空啁啾脉冲放大过程中实现其光谱整形，可有效抑制CPA***中的光谱窄化和光谱红移，且避免了光谱滤波所造成的激光脉冲能量损耗及滤波装置适用条件的限制。

Claims (3)

1.一种高功率激光时空啁啾脉冲放大***，包括激光种子脉冲源(1)、脉冲时域展宽器(2)与脉冲时域压缩器(6)，其特征在于还包括脉冲空间展宽器(3)、可级联的啁啾脉冲放大器(4)和脉冲空间压缩器(5)，所述的可级联啁啾脉冲放大器(4)的构成包括：多路泵浦激光脉冲(P1、P2、P3、P4、…)、多个泵浦光反射镜(401、402、403、404)、增益介质(405)、多个种子光反射镜(413、412、411、410、409、408、407、406)，所述的种子脉冲(C0)经所述的脉冲时域展宽器(2)展宽为时域啁啾脉冲(C1)，该时域啁啾脉冲(C1)再经所述的脉冲空间展宽器(3)展宽为时空啁啾脉冲(C2)，所述的多路泵浦激光脉冲(P1、P2、P3、P4、…)分别经所述的泵浦光反射镜(401、402、403、404)反射后作用于所述的增益介质(405)上，所述的时空啁啾脉冲(C2)经多个种子光反射镜(413、412、411、410、409、408、407、406)反射而多次通过所述的增益介质(405)；在所述的增益介质(405)的横截面处，所述的多路泵浦激光脉冲(P1、P2、P3、P4、…)沿所述的时空啁啾脉冲(C2)的空间啁啾方向(即z轴方向)依次排布，经过一个或多个所述的可级联的啁啾脉冲放大器(4)对所述的时空啁啾脉冲(C2)进行能量放大和光谱整形后，所述的时空啁啾脉冲(C2)再依次经过所述的脉冲空间压缩器(5)和脉冲时域压缩器(6)被压缩为超短激光脉冲。
2.根据权利要求1所述的高功率激光时空啁啾脉冲放大***，其特征在于，所述的脉冲空间展宽器(3)为棱镜对或光栅对，时域啁啾脉冲(C1)通过脉冲空间展宽器(3)后产生垂直于其传播主平面(即xy平面)的空间啁啾，所述的脉冲空间压缩器(5)与所述的脉冲空间展宽器(3)结构对称而功能相反。
3.根据权利要求1所述的高功率激光时空啁啾脉冲放大***，其特征在于，所述的可级联啁啾脉冲放大器(4)通过调节所述的多路泵浦激光脉冲(P1、P2、P3、P4、…)的能量、偏振或延时可抑制光谱窄化和光谱红移。
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