[發明專利]高對比度的啁啾脈沖放大裝置

有效

• 申請號: 201410025427.7
• 申請日: 2014-01-21
• 公開（公告）號: CN103926779B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 陸效明;冷雨欣;劉彥祺;許毅
• 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: G02F1/39
• 分類號: G02F1/39;G02F1/35;H01S3/10
• 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

本發明涉及超短激光技術領域，特別是一種高對比度的啁啾脈沖放大裝置。

背景技術

高功率超短激光脈沖在材料加工、醫學治療、物理化學生物科學實驗等領域有廣泛的應用，這些應用大多基于激光的高峰值功率密度。目前獲得高峰值功率最主要的技術途徑是應用啁啾脈沖放大技術（CPA，chirped-pulse?amplification）將超短脈沖（幾十fs～百fs量級）先在時間上展寬至百ps～ns量級，再通過放大器放大能量，最后在時間上壓縮重新得到超短脈沖。在CPA放大過程中會出現自發輻射，這種自發輻射再經后續的放大形成自發輻射放大（ASE，amplified?spontaneous?emission），另外在放大過程由于光學元件表面反射，前后沿出現預脈沖和后脈沖，在通常的CPA激光系統中脈沖對比度（定義為）通常為10^6～8左右。通常，超短脈沖與物質相互作用時，主脈沖激光的聚焦強度可以達到10¹⁸W/cm²甚至更高，這樣，主脈沖前的預脈沖和ASE功率密度就達到10^10～12W/cm²，一般物質在激光功率密度達到10¹¹/cm²時就會在幾十ps時間內產生等離子體，而等離子體會阻止主脈沖與物質相互作用。

一般，在CPA放大過程中，由于振蕩器產生的鎖模脈沖能量較小（～nJ量級），對比度較低（10^8～9）,而展寬后的種子脈沖和放大過程中產生的ASE在時間上重疊，光譜上又是一致的，因此在主脈沖的脈寬范圍內的ASE和預脈沖很難抑制，導致最后壓縮脈沖對比度惡化。目前，關于提高脈沖對比度的應用主要基于雙啁啾脈沖放大技術（DCPA）[參見在先技術1：“Double?chirped-pulse-amplification?laser:a?way?to?clean?pulses?temporally”，M.P.Kalashnikov,E.Risse,and?W.Sandner,Opt.Lett.30,923(2005)]結合利用交叉偏振波技術（XPW，cross-Polarized?wave?generization）[參見在先技術2：“10^-10temporal?contrast?for?femtosecond?ultraintense?lasers?by?cross-polarized?wave?generation”，A.Jullien,O.Albert,F.Burgy,G.Hamoniaux,J.-P.Rousseau,J.-P.Chambaret,F.Auge-Rocherau,G.Cheriaux,J.Etchepare,N.Minkovski,and?S.Saltiel,Opt.Lett.30,920(2005)]，或者光參量放大技術（OPA，optical-parametric?amplification）[參見在先技術3：“High-contrast?optical–parametric?amplifier?as?a?front?end?of?high-power?laser?systems”，C.Dorrer,I.A.Begishev,A.V.Okishev,and?J.D.Zuegel，Opt.Lett.32,2143(2007)]產生高對比度高能量的種子脈沖。這種方法由于種子光是高能量的（～10μJ量級），因此抑制了放大過程中的ASE，而本身又具有高對比度，因而大大提高放大脈沖的對比度。通過這種結合多種技術的方法可以將脈沖對比度提高至10¹⁰以上，滿足應用的需要。