[發明專利]高功率激光分離啁啾脈沖多程放大系統

有效

• 申請號: 201410160166.X
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103928837B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 張宗昕;冷雨欣;陸效明;鄒曉
• 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: H01S3/23
• 分類號: H01S3/23;H01S3/11;H01S3/08;G02F1/39
• 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

本發明涉及高功率激光脈沖放大技術，特別是一種高功率激光分離啁啾脈沖多程放大系統。

背景技術

1960年，美國Hughes實驗室的Maiman發明了紅寶石脈沖激光器。在毫秒級光脈沖的泵浦下，紅寶石激光器輸出微秒量級的尖峰序列，其峰值功率為kW量級。隨后，調Q技術和鎖模技術迅速發展，激光脈沖峰值功率可達GW（10⁹W）量級。當繼續提高激光功率時，光束自聚焦等非線性效應加劇，終而導致光學介質損傷。1985年，美國Rochester大學的D.Strickland和G.Mourou應用啁啾脈沖放大（CPA）技術很好的解決了上述難題。種子脈沖先被展寬為啁啾脈沖，經功率放大后再被壓縮為超短脈沖。利用CPA技術可以使激光脈沖峰值功率達到TW（10¹²W）甚至PW（10¹⁵W）量級。CPA技術的應用打破了介質承受閾值的限制，極大的推動了超強超短激光技術的發展。但對于窄帶激光脈沖，由于難以將其脈寬展寬至足夠寬度，故而傳統的CPA技術已不太適用。近些年來，分離脈沖放大（DPA）技術的發展為窄帶激光脈沖放大問題提供了較好的解決方案。

2007年，Shian?Zhou、Frank?W.Wise和Dimitre?G.Ouzounov提出了分離脈沖放大（以下簡稱為DPA）技術，利用釩酸釔（YVO4）晶體陣列實現了脈沖的分離與復合（Optics?letters,2007,32(7):871-873）。DPA的基本原理是，先將種子脈沖分離為兩個乃至多個脈沖，該脈沖序列經放大后再整合為一個脈沖。與CPA技術對比可知，利用DPA技術可以突破光譜帶寬對脈沖展寬的限制，從而很好的彌補了傳統CPA技術的不足。2012年，S.Roither和A.J.Verhoef等人利用Sagnac環形光路同樣實現了脈沖的分離與復合，利用該方法可以更方便有效的對脈沖分離距離進行擴展和控制（Optics?express,2012,20(22):25121-25129）。同年，L.J.Kong和F.W.Wise等人利用非線性晶體陣列DPA的方法獲得了峰值功率為兆瓦量級的皮秒量級脈沖（Optics?letters,2012,37(2):253-255），L.Daniault等人利用雙折射晶體陣列和Sagnac環形光路結構對飛秒量級脈沖進行了分離、放大與復合（Optics?express,2012,20(19):21627-21634）。2013年，Yoann?Zaouter和Florent?Guichard等人將CPA技術和DPA技術結合為CPA-DPA技術（Optics?letters,2013,38(2):106-108），并深入探討了放大脈沖的復合與壓縮等方面的問題（Optics?letters,2013,38(21):4437-4440）。同年，Marco?Kienel和Arno?Klenke等人也報道了對提高脈沖復合與壓縮效率等方面的研究（Optics?Express,2013,21(23):29031-29042；Optics?letters,2013,38(22):4593-4596）。然而在上述系統之中大多只包含單級DPA，仍以實現單程或雙程脈沖放大為主。與已有CPA系統相比，現有DPA相關系統的功率放大能力仍顯不足。為了加快DPA技術的實用化進程，亟需提高DPA以及CPA-DPA系統的脈沖放大效率。

發明內容

本發明提供一種高功率激光分離啁啾脈沖放大系統，該系統大大提高了CPA-DPA系統的脈沖功率放大能力，這將促進CPA-DPA以及DPA技術在高功率激光技術領域內的推廣應用。

本發明的技術解決方案如下：

一種高功率激光分離啁啾脈沖多程放大系統，特點在于其構成包括激光種子脈沖源、脈沖展寬器、DPA再生腔、雙通DPA模塊和脈沖壓縮器。激光種子脈沖源輸出種子脈沖，首先經脈沖展寬器展寬為啁啾脈沖，然后通過DPA再生腔和雙通DPA模塊對其進行功率放大，最終利用脈沖壓縮器對放大后的啁啾脈沖進行壓縮。

所述的脈沖展寬器與脈沖壓縮器可參考傳統CPA系統中的技術方案（Optik&Photonik,2010,5(4):30-33）。