[發(fā)明專(zhuān)利]基于電光調(diào)制的啁啾脈沖光譜整形裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010499011.4
• 申請(qǐng)日: 2020-06-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111711052B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂欣林;彭宇杰;王新亮;冷雨欣
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01S3/00
• 分類(lèi)號(hào): H01S3/00;H01S3/107
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種基于電光調(diào)制的啁啾脈沖光譜整形裝置，包括：沿著信號(hào)光傳輸方向依次放置的展寬器、由1/2波片和偏振分光棱鏡組成的起偏器、第一個(gè)電光調(diào)制器、第二個(gè)電光調(diào)制器以及由偏振分光棱鏡組成的檢偏器；及整形方法。本發(fā)明損耗較低，全過(guò)程無(wú)衍射，支持較大能量的光譜調(diào)制；調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，僅需要通過(guò)調(diào)節(jié)延時(shí)器來(lái)分別對(duì)兩個(gè)電光調(diào)制器的下降沿和上升沿的時(shí)間以及電壓進(jìn)行調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)光譜整形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固體激光技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于電光調(diào)制的啁啾脈沖光譜整形裝置及方法。該方法可以在大口徑下抑制啁啾激光脈沖放大過(guò)程中由于增益窄化效應(yīng)和增益飽和效應(yīng)引入的光譜窄化和光譜紅移現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)大能量寬帶寬的啁啾脈沖放大。

背景技術(shù)

啁啾脈沖放大(Chirped Pulse Amplification,CPA)技術(shù)的應(yīng)用使得超強(qiáng)超短激光系統(tǒng)獲得飛速發(fā)展，其中基于鈦寶石的CPA技術(shù)更是拍瓦級(jí)(Petawatt,PW)超強(qiáng)超短激光脈沖系統(tǒng)中的主流技術(shù)方案。寬帶超短種子激光脈沖經(jīng)過(guò)展寬器后會(huì)引入色散變成啁啾脈沖光，其光譜成分與時(shí)間相對(duì)應(yīng)。啁啾激光脈沖在通過(guò)鈦寶石晶體進(jìn)行放大過(guò)程中，由于鈦寶石對(duì)于不同光譜成分的受激發(fā)射截面不同，只有靠近發(fā)射截面中心的光譜成分可以得到持續(xù)放大，對(duì)應(yīng)光譜增益窄化現(xiàn)象；在飽和放大階段，啁啾脈沖前沿增益會(huì)高于脈沖后沿，產(chǎn)生光譜紅移現(xiàn)象。增益窄化以及光譜紅移現(xiàn)象使得放大后的寬帶光譜寬度和光譜分布發(fā)生改變，其中光譜增益窄化會(huì)導(dǎo)致寬帶光譜的光譜寬度變窄，而光譜紅移會(huì)導(dǎo)致光譜中心波長(zhǎng)偏移，最終會(huì)使壓縮后的時(shí)域脈沖寬度變寬且脈沖形狀發(fā)生改變。

為了抑制CPA放大過(guò)程中的光譜增益窄化以及光譜紅移現(xiàn)象，目前比較成熟的解決方案有腔內(nèi)光譜濾波器、聲光可編程色散濾波器(Acousto-Optic ProgrammableDispersive Filter，AOPDF)、反射式光譜濾波器等。其中用于補(bǔ)償增益窄化的AOPDF能夠同時(shí)編輯啁啾脈沖光譜以及相位，缺點(diǎn)是損傷閾值低、支持光束口徑小且價(jià)格昂貴；而用于補(bǔ)償光譜紅移的反射式光譜濾波器主要是基于對(duì)不同的光譜成分引入不同損耗實(shí)現(xiàn)光譜的預(yù)整形，其能量損耗較大且需操控精密。例如在上海超強(qiáng)超短激光裝置(Shanghai Super-intense Ultrafast Laser Facility，SULF)1PW激光系統(tǒng)中，其前端再生放大器腔內(nèi)插入了反射式光譜濾波器，用于抑制光譜增益窄化并且對(duì)光譜紅移進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償。法國(guó)Appllon-10PW激光系統(tǒng)中，為了抑制光譜增益窄化效應(yīng)，采用了光學(xué)參量啁啾脈沖放大技術(shù)(Optical Parametric Chirped Pulse Amplification，OPCPA)技術(shù)替代再生腔作為前端，OPCPA技術(shù)相比于CPA技術(shù)光譜增益帶寬更寬。其次，為了抑制光譜紅移，該裝置在后續(xù)的放大器之間加入了反射式光譜濾波器。由此可見(jiàn)目前世界上拍瓦激光系統(tǒng)中使用的幾種方法存在著引入損耗大、整體效率低、對(duì)濾波器的反射率精度要求高且操作復(fù)雜需缺點(diǎn)，這極大地限制了在高能量放大中的應(yīng)用。因此，亟需發(fā)展一種新型的光譜整形技術(shù)，能夠同時(shí)滿(mǎn)足損耗較低、操作簡(jiǎn)易且適合大能量光譜整形。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種基于電光調(diào)制的啁啾脈沖光譜整形方法，能夠抑制脈沖放大過(guò)程中的增益窄化和光譜紅移現(xiàn)象。該方法可以對(duì)啁啾脈沖光譜進(jìn)行整形，操作簡(jiǎn)單且損耗較低。

本發(fā)明的原理是：由于正啁啾脈沖光的脈沖前沿波長(zhǎng)大于后延，且鈦寶石增益同發(fā)射截面緊密相關(guān)(P.F.Moulton,J.Opt.Soc.Am.B 3,125(1986).)。在小信號(hào)放大階段，只有靠近發(fā)射截面中心部分光譜才能持續(xù)放大，引入光譜增益窄化；在飽和放大階段，光譜長(zhǎng)波部分優(yōu)先提取增益介質(zhì)存儲(chǔ)能量，造成光譜紅移。因此，為了抑制增益窄化需要在光譜中心部分挖坑；為了抑制光譜紅移，需要預(yù)先削弱長(zhǎng)波部分光譜強(qiáng)度，調(diào)制出藍(lán)移光譜。

本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：