[發明專利]平面鏡拼接大口徑光柵脈沖壓縮器

有效

• 申請號: 201110275133.6
• 申請日: 2011-09-16
• 公開（公告）號: CN102323705A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 冷雨欣;王乘;陸效明;李儒新;徐至展
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02B7/182;G02B7/00;G02B5/18
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本設計涉及脈沖壓縮器，特別是一種大口徑大能量激光啁啾脈沖的壓縮。該設計通過創新的結構設計，利用大口徑的平面反射鏡和較小口徑光柵的組合，取代通常大口徑脈沖壓縮器中所需要的大口徑壓縮光柵或拼接光柵，使光柵的有效面積最多可以減少為原來需求的一半，并在同量級壓縮效率的情況下獲得大能量大口徑的空間和時間啁啾補償的高功率激光脈沖，可有效解決當前對大口徑壓縮光柵需求的瓶頸問題。主要應用于大能量大口徑高功率激光脈沖的壓縮。

背景技術

近年來，隨著啁啾脈沖放大技術的發明與廣泛應用，人們能夠產生能量越來越高的超短高功率激光脈沖，在激光核聚變快點火等重要戰略研究領域具有重要而廣泛的應用。目前，高功率激光脈沖的產生都是基于啁啾脈沖放大技術。對于寬光譜激光脈沖，如果不同波長有規律地分布于脈沖的不同位置，就稱為啁啾。啁啾絕對值越大，脈沖越長；啁啾為零時，脈沖最短。通過光柵展寬器引入正啁啾，可使脈沖變長，以更有效地對激光脈沖進行放大；通過壓縮器引入負啁啾，可使放大后的脈沖變短，以實現盡可能高的峰值功率。隨著技術不斷改善，能夠輸出的脈沖能量也不斷提高。為了避免對激光器件的破壞，脈沖激光口徑必須隨能量不斷增加。對光柵尺寸的要求也在不斷提高。

在先技術一中，Edmond?B.?Tracy提出了一種大口徑光柵壓縮器的四光柵構型，如圖1所示。光柵1與光柵2平行，光柵3與光柵4平行，1和2的組合與3和4的組合呈鏡向對稱。當脈沖寬度待壓縮的正啁啾激光脈沖入射壓縮器后，受到光柵1的衍射作用，原本傳播的光束在空間上發散開來。以最邊緣的光線為例說明如下：激光脈沖的光譜波長范圍從（λ1，λ2）。波長較短的λ1光，衍射角小一些，沿雙點劃線傳播；波長較短的λ2光，衍射角大一些，沿點劃線傳播。由圖中可見，投射在光柵2上光斑尺寸有明顯增加。因此，在寬光譜的啁啾脈沖壓縮中，光柵2的尺寸比光柵1大很多。光柵2與光柵1相平行，因此同一光線，在光柵2上的入射角就等于光柵1上的衍射角，在光柵2上的衍射角就等于光柵1上的入射角，所以發散的激光束在光柵2的衍射作用下，恢復平行傳播。經過光柵3和光柵4的鏡向作用后，橫截面上的光斑恢復原狀。但由于不同波長的激光經歷了不同的光程，使得負啁啾的激光脈沖寬度被壓縮。

在高能量的激光系統中，為了避免高能激光對光學器件，尤其是光柵的損害，需要激光束保持較大的口徑，相應的，光柵也應有較大的尺寸。現有工藝下，大尺寸商品化光柵的工藝難度大，生產周期長，價格昂貴，質量沒有保證。超過一定尺寸的光柵甚至沒有能力生產。

在先技術二中，采用雙光柵拼接如圖2所示。光柵6與光柵7處于同一平面內，光柵刻線同向共面，構成一個拼接光柵，與光柵5平行，起到圖1中光柵2的作用。光柵8與光柵9處于同一平面內，光柵刻線同向共面，構成一個拼接光柵，與光柵10平行，起到圖1中光柵3的作用。光柵5、6和7的組合與光柵8、9和10的組合呈鏡向對稱。拼接光柵要求兩個光柵性能完全一致，工作面處于同一個平面內，刻線方向相同。成本高，難度大。

發明內容

為了克服上述在先技術的不足，本發明提供一種平面鏡拼接大口徑光柵脈沖壓縮器，優點是利用大口徑的平面反射鏡和較小口徑光柵的組合，取代通常大口徑脈沖壓縮器中所需要的大口徑壓縮光柵或拼接光柵，可有效解決當前對大口徑壓縮光柵需求的瓶頸問題。

本發明的技術解決方案如下：

一種平面鏡拼接大口徑光柵脈沖壓縮器，特點在于其構成包括第一光柵、第二光柵、第一平面鏡、第三光柵、第四光柵和第二平面鏡，上述元件的位置關系如下：

所述的第一光柵與第二光柵的光柵面平行相向，且第一平面鏡與第二光柵垂直并三者構成第一組合，所述的第三光柵與第四光柵的光柵面平行相向，且第二平面鏡與第四光柵垂直并三者構成第二組合，所述的第一組合和第二組合呈鏡向對稱設置。

所述的第一光柵、第二光柵、第三光柵和第四光柵同為正弦型光柵、或矩形光柵。

因為選用刻線形狀呈左右鏡像對稱的壓縮光柵，如正弦型、矩形光柵，如圖3。該類型光柵的衍射性能是在光柵法線兩側左右對稱的。只要是相同的入射角，無論是從法線的哪一側入射都具有相同的衍射能力。

根據這個特點，可以用平面反射鏡反射的方法，將超出第二光柵的尺寸范圍的光線反射回第二光柵上，減少對大光柵的面積需求，之后的衍射光再通過一次平面反射實現平行出射。通過同樣鏡像布置的第二平面反射鏡和第三光柵、第四光柵，最后從第四光柵輸出得到壓縮后的高功率激光脈沖。但由于不同波長的激光經歷了不同的光程，使得負啁啾的激光脈沖寬度被壓縮。