[發(fā)明專利]一種基于飛行焦點(diǎn)和等離子體波導(dǎo)超短脈沖激光時(shí)空壓縮方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010868504.0
• 申請(qǐng)日: 2020-08-26
• 公開（公告）號(hào): CN111817114B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳朝輝;左言磊;曾小明;王曉東;王逍;母杰;胡必龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號(hào): H01S3/00
• 分類號(hào): H01S3/00
• 代理公司: 綿陽(yáng)市博圖知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51235
• 代理人: 黎仲

本發(fā)明公開了一種基于飛行焦點(diǎn)和等離子體波導(dǎo)超短脈沖激光時(shí)空壓縮方法，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，采用等離子體波導(dǎo)收集和準(zhǔn)直飛行焦點(diǎn)，使得聚焦后的激光在等離子體波導(dǎo)中傳輸，然后通過(guò)光柵調(diào)節(jié)飛行焦點(diǎn)的移動(dòng)速度剛好與該激光在波導(dǎo)中的群速度相等。由于不同波長(zhǎng)的光光程不一樣，輸出脈沖獲得時(shí)間壓縮效果，同時(shí)由于強(qiáng)激光在等離子體中的自聚焦效應(yīng)使得激光進(jìn)一步聚焦，空間壓縮效果；本發(fā)明解決了現(xiàn)有啁啾脈沖放大技術(shù)材料損傷和等離子體壓縮技術(shù)的穩(wěn)定性低、效率低等問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超短脈沖激光時(shí)空壓縮方法。

背景技術(shù)

目前獲得高能、超短（一般是指脈沖時(shí)間寬度在10^-12-10^-15s之間，即1ps-1fs之間）、超強(qiáng)脈沖激光的主要技術(shù)途徑是啁啾脈沖放大技術(shù)，其基本工作原理是：利用展寬器（通常由棱鏡、光柵等色散元件組成）將一束短脈沖激光在時(shí)域上進(jìn)行展寬(由于每一時(shí)刻的瞬時(shí)頻率不同，展寬后的脈沖被稱為啁啾脈沖)，展寬后的激光脈沖在放大器中進(jìn)行放大，提取足夠的能量，最后再通過(guò)壓縮器將脈寬壓窄，從而獲得極高的脈沖峰值功率。

然而，隨著脈沖功率密度不斷提高，壓縮光柵的損傷正在成為激光功率密度進(jìn)一步提高的瓶頸。如現(xiàn)有的PW激光裝置（1PW=10¹⁵ W）需要的光柵口徑達(dá)到1m左右，幾乎已經(jīng)達(dá)到現(xiàn)有制造工藝的極限。因此，尋找新型高損傷閾值的材料來(lái)壓縮超短脈沖成為未來(lái)高峰值激光發(fā)展的一個(gè)重要的方向。

等離子體作為一種不存在損傷閾值的介質(zhì)而受到廣泛關(guān)注。

目前發(fā)展起來(lái)的等離子體壓縮技術(shù)有：1、等離子體背向拉曼放大技術(shù)和等離子體強(qiáng)耦合布里淵放大技術(shù)。2、等離子體布拉格光柵技術(shù)。研究表明：上述等離子體壓縮技術(shù)輸出功率密度達(dá)到10¹⁷W/cm²以上，僅僅厘米口徑就可以實(shí)現(xiàn)EW的激光輸出，具有輸出峰值功率高且造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。

然而，現(xiàn)有的等離子體壓縮技術(shù)存在若干缺點(diǎn)，上述的技術(shù)1基于泵浦光、種子光和等離子體波的三波耦合過(guò)程，容易受到等離子體不穩(wěn)定性影響，實(shí)驗(yàn)效率難以提高；技術(shù)2的等離子體光柵制造起來(lái)十分困難，目前尚處于理論研究階段。

近年來(lái)發(fā)展了一種針對(duì)寬帶超短脈沖的飛行焦點(diǎn)技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)分為兩個(gè)方面：首先，利用色差聚焦系統(tǒng)使得寬帶短脈沖激光產(chǎn)生沿傳播方向的線聚焦，聚焦長(zhǎng)度由系統(tǒng)色差大小決定。同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖的啁啾可以調(diào)節(jié)光束到達(dá)焦點(diǎn)的時(shí)間，從而控制焦點(diǎn)的移動(dòng)速度。現(xiàn)有文獻(xiàn)表明焦點(diǎn)的移動(dòng)速度可以達(dá)到幾十倍光速。目前的飛行焦點(diǎn)的色差聚焦系統(tǒng)主要為菲涅爾衍射透鏡，主要利用了菲涅爾透鏡對(duì)不同波長(zhǎng)的光的焦距差別。聚焦后的超短脈沖由原來(lái)的焦點(diǎn)變成一條沿著傳播方向的焦線。最終，通過(guò)光柵調(diào)節(jié)脈沖啁啾以實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)在焦線范圍內(nèi)的飛行速度可調(diào)。飛行焦點(diǎn)技術(shù)可以應(yīng)用于粒子加速、高次諧波產(chǎn)生和等離子體壓縮，具有作用距離長(zhǎng)，產(chǎn)生的噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。但是，未見將飛行焦點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用于超短脈沖激光時(shí)空壓縮的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，就在于提供一種基于飛行焦點(diǎn)和等離子體波導(dǎo)超短脈沖激光時(shí)空壓縮方法，以解決上述問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下所示：一種基于飛行焦點(diǎn)和等離子體波導(dǎo)超短脈沖激光時(shí)空壓縮方法，首先采用色差聚焦系統(tǒng)使得不同波長(zhǎng)的激光聚焦在不同位置，同時(shí)通過(guò)光柵調(diào)節(jié)脈沖啁啾產(chǎn)生飛行速度任意可調(diào)的飛行焦點(diǎn)，隨后，采用等離子體波導(dǎo)收集和準(zhǔn)直飛行焦點(diǎn)，使得聚焦后的激光在等離子體波導(dǎo)中傳輸。由于不同波長(zhǎng)的激光在聚焦和準(zhǔn)直過(guò)程中的光程不一樣，激光的啁啾可以跟系統(tǒng)產(chǎn)生的光程差相互抵消，從而獲得輸出脈沖的時(shí)間壓縮。當(dāng)激光達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，激光在等離子體中的自聚焦效應(yīng)又會(huì)使得焦點(diǎn)進(jìn)一步縮小，產(chǎn)生空間壓縮效應(yīng)。

優(yōu)選所述飛行焦點(diǎn)是利用色差聚焦系統(tǒng)產(chǎn)生得到。

優(yōu)選的，所述等離子體波導(dǎo)的傳播模式與激光的焦斑大小相匹配，尺寸1-3于激光焦斑大小。