[發(fā)明專利]多級(jí)超短脈沖激光分步壓縮系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310745794.X
• 申請(qǐng)日: 2013-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN103779780A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊直;張挺;王屹山;李峰;楊小君;趙衛(wèi)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): H01S3/23
• 分類號(hào): H01S3/23;H01S3/091
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 倪金榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種多級(jí)超短脈沖激光分步壓縮系統(tǒng)。?

背景技術(shù)

超短脈沖高能激光一般由多級(jí)激光放大器結(jié)合啁啾脈沖放大技術(shù)來獲得。這種啁啾脈沖放大技術(shù)路線包括了激光脈沖的產(chǎn)生，脈沖的展寬，脈沖能量放大和脈沖的壓縮，其中脈沖放大這一環(huán)節(jié)包括多個(gè)放大分支，這些分支串行分步于這個(gè)技術(shù)路線的各個(gè)環(huán)節(jié)，起到對(duì)激光脈沖逐級(jí)逐漸放大的作用。而路線中的展寬環(huán)節(jié)和最后的壓縮環(huán)節(jié)是前后呼應(yīng)的兩套裝置，前者實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖在時(shí)間上的拉伸，產(chǎn)生長脈沖；后者提供相反的功能，將長脈沖在時(shí)域壓縮至最短的狀態(tài)。?

在脈沖的展寬和壓縮階段，需要具有較大色散量的衍射光學(xué)元件。啁啾脈沖放大系統(tǒng)目前普遍采取的做法是采用衍射光柵對(duì)或啁啾光纖光柵作為脈沖展寬器，這種色散管理元件利用對(duì)不同波長的光場(chǎng)的衍射角度或衍射先后次序的不同等特征來實(shí)現(xiàn)脈沖不同波長在時(shí)間上的延遲。與之對(duì)應(yīng)的脈沖壓縮器由于要承受放大后的高能激光，無法再采用光纖結(jié)構(gòu)的光柵來實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的做法是采用反射式衍射光柵或透射式衍射光柵來對(duì)激光束進(jìn)行空間上的延遲，實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償。但是這種多個(gè)元器件組成的空間光路結(jié)構(gòu)對(duì)光束入射角敏感、對(duì)振動(dòng)敏感，且調(diào)節(jié)過程十分不易，因而不是一種適合工業(yè)界復(fù)雜環(huán)境使用的脈沖壓縮裝置。近年來發(fā)展起來了體啁啾光柵這種衍射光學(xué)元件，它是一種固體透明器件，可以有較大的通光孔徑接受高能激光，同時(shí)具有色散補(bǔ)償功能，且使用方法簡單，容易裝調(diào)。?

體啁啾光柵是固定色散量的器件，其能夠提供的脈沖壓縮量在光柵生產(chǎn)出來后就固定不變了，且體光柵目前所能提供的時(shí)間展寬（壓縮）量有限，一般不超過500ps，所以對(duì)于較寬的展寬脈沖（＞500ps），須使用多個(gè)體光柵對(duì)其進(jìn)行壓縮。然而每個(gè)體光柵對(duì)入射到其中的光都有一定的衍射損耗和材料吸收損耗（損耗共計(jì)約40%），倘若使用多個(gè)體光柵，壓縮器總?體的損耗會(huì)隨著體光柵數(shù)量的增加而翻倍增加，這就大大降低了激光系統(tǒng)的整體效率。?

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提出了一種利用多塊體光柵實(shí)現(xiàn)了對(duì)任意展寬量的激光脈沖進(jìn)行分步壓縮，同時(shí)大大減小最終輸出高能激光的壓縮損耗量的多級(jí)超短脈沖激光分步壓縮系統(tǒng)。?

本發(fā)明的具體技術(shù)方案是：?

一種多級(jí)超短脈沖激光分步壓縮系統(tǒng)，其特征在于：包括超短激光脈沖發(fā)射器、一級(jí)壓縮裝置以及二級(jí)壓縮裝置；所述一級(jí)壓縮裝置設(shè)置在超短激光脈沖發(fā)射器的出射光路上；所述二級(jí)壓縮裝置設(shè)置在一級(jí)壓縮裝置的衍射光路上；所述超短激光脈沖發(fā)射器的出射光路和一級(jí)壓縮裝置的衍射光路之間的夾角為θ；θ的取值范圍是0°＜θ＜6°；?

所述一級(jí)壓縮裝置包括沿超短激光脈沖發(fā)射器出射光路依次設(shè)置的脈沖展寬器、預(yù)放大器、色散量補(bǔ)償元件、第一準(zhǔn)直透鏡、一級(jí)體啁啾光柵；?

所述二級(jí)壓縮裝置包括沿一級(jí)壓縮裝置衍射光路依次設(shè)置的聚焦透鏡、主放大器、第二準(zhǔn)直透鏡以及二級(jí)體啁啾光柵。?

上述脈沖展寬器是由啁啾光纖光柵和光環(huán)形器組成，所述光環(huán)形器設(shè)置有三個(gè)端口分別與啁啾光纖光柵、超短激光脈沖發(fā)射器以及預(yù)放大器連接。?

上述預(yù)放大器包括一級(jí)放大器、二級(jí)放大器以及連接一級(jí)放大器和二級(jí)放大器的色散量補(bǔ)償元件。?

上述一級(jí)放大器為單模光纖放大器；所述二級(jí)放大器是由泵浦合束器和雙包層摻鐿光纖組成。?

上述色散量補(bǔ)償元件為石英光纖。?

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：?

1、本發(fā)明采用多個(gè)體啁啾光柵分級(jí)對(duì)激光脈沖進(jìn)行壓縮，大大減少了最終輸出高能激光的壓縮損耗量。?

2、本發(fā)明中預(yù)放大器采用兩級(jí)光纖放大器，確保了系統(tǒng)能輸出激光脈沖的能量。?

3、本發(fā)明采用色散量補(bǔ)償元件，確保了系統(tǒng)的脈沖展寬量和壓縮量完全匹配。?

4、本發(fā)明中經(jīng)過體啁啾光柵的入射光路和出射光路之間的夾角為0°～6°之間，確保了啁啾光柵衍射出來的光束以不同于入射光路的方向輸出。?

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。?

圖2采用兩級(jí)體光柵分步壓縮后的激光脈沖自相關(guān)曲線波形圖。?

附圖標(biāo)記如下：?

1-超短激光發(fā)射器、2-脈沖展寬器、3-啁啾光纖光柵、4-光環(huán)形器、5-一級(jí)放大器、6-色散量補(bǔ)償元件、7-二級(jí)放大器、8-一級(jí)體啁啾光柵、9-聚焦透鏡、10-第一準(zhǔn)直透鏡、11-主放大器、12-第二準(zhǔn)直透鏡、13-二級(jí)體啁啾光柵。?

具體實(shí)施方式