[發(fā)明專利]一種啁啾脈沖放大激光隔離打靶回光的裝置及其實現(xiàn)方法

在審

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• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112271533A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設計）人: 趙研英;耿易星;顏學慶;吳旻劍;肖超凡
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01S3/00
• 分類號: H01S3/00;H01S3/063;H01S3/13
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

本發(fā)明公開了一種啁啾脈沖放大激光隔離打靶回光的裝置及其實現(xiàn)方法。本發(fā)明在第二級放大器之前放置隔離器；對于第一級擴束系統(tǒng)包括一個子擴束系統(tǒng)，則隔離器放置在第一級擴束系統(tǒng)與第二級放大器之間；或者第一級擴束系統(tǒng)包括多個子擴束系統(tǒng)，隔離器放置在第一級擴束系統(tǒng)的子擴束系統(tǒng)之間；子擴束系統(tǒng)由一個正透鏡和一個負透鏡組成；將隔離器置入第二級放大器之前，能流密度低，不會將隔離器打壞；同時光斑尺寸相對較小，從而能夠降低隔離器的尺寸，減小了隔離器的購置費用，造價進一步降低，并且能夠保證100％回光隔離。

技術領域

本發(fā)明涉及激光技術，具體涉及一種啁啾脈沖放大激光隔離打靶回光的裝置及其實現(xiàn)方法。

背景技術

自啁啾激光脈沖放大(CPA)提出后，激光器的峰值功率飛躍發(fā)展，激光脈沖峰值功率可達數(shù)PW(10¹⁵W)，激光光強可達10²²W/cm2。這類強場激光被廣泛應用于激光等離子相互作用中。

常見的CPA系統(tǒng)如圖1所示，一個振蕩器產(chǎn)生超短脈沖(脈沖寬度通常為皮秒或飛秒量級)作為種子源，經(jīng)過展寬器對脈沖進行時間展寬后獲得長脈沖(脈寬長度幾十皮秒到納秒量級，具體展寬后的脈寬長度取決于最終需要放大的能量)，利用放大器組對已經(jīng)展寬的長脈沖進行能量放大獲得高能量脈沖，高能量的激光脈沖最后通過壓縮器將脈沖的時間尺度壓縮到最小(回到種子源的脈寬量級)從而獲得高峰值功率的強場激光脈沖。高峰值功率的強場激光傳輸?shù)桨猩吓c靶相互作用。

激光等離子相互作用是通過激光與靶相互作用實現(xiàn)的。此時，激光打靶時，靶對入射激光產(chǎn)生反射作用，部分激光將沿原路返回到激光系統(tǒng)中，這部分光稱作回光。對于一個CPA系統(tǒng)，光束從種子到壓縮腔處，光斑尺寸越來越大，以匹配光束能流密度在光學元件安全范圍內(nèi)。但是回光的傳播方向正好相反，從壓縮腔處往種子方向傳輸，在傳輸?shù)倪^程中光斑尺寸越來越小，并伴隨著各級放大器對回光進一步的放大，使得光束能流密度越來越高，這對放大器是非常不安全的，嚴重威脅著激光系統(tǒng)安全。為了防止回光對激光系統(tǒng)造成致命的損傷，需要在激光系統(tǒng)中放置隔離器對回光進行隔離。

隔離器位置的選擇對激光系統(tǒng)的保護程度以及隔離器自身成本非常重要?，F(xiàn)有技術中，將隔離器放在壓縮器之后可以完全將回光隔離在激光系統(tǒng)之外，有效保護整個激光系統(tǒng)，但是此時激光脈寬為超短脈寬，通常為皮秒或飛秒脈沖，當激光脈沖經(jīng)過隔離器傳輸時，具有極高峰值功率的激光脈沖在隔離器時，由于激光在隔離器內(nèi)光學元件中的非線性效應將降低激光光束質(zhì)量并損壞隔離器。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上現(xiàn)有技術中在壓縮器之后不適合放置隔離器，本發(fā)明將隔離器放置在壓縮器之前，提出了一種啁啾脈沖放大激光隔離打靶回光的裝置及其實現(xiàn)方法，考慮到大口徑光學元件的昂貴價格，隔離器位置的合適選擇既可以有效的隔離回光保護激光系統(tǒng)，又能有效減小隔離器的口徑降低激光造價。

本發(fā)明的一個目的在于提出一種產(chǎn)生啁啾脈沖放大激光隔離打靶回光的裝置。

CPA系統(tǒng)依次包括種子源、展寬器、放大器組和壓縮器；其中，放大器組包括前級放大器組、前級擴束系統(tǒng)、第一級放大器和第二級放大器，以及第一級擴束系統(tǒng)和第二級擴束系統(tǒng)，前級放大器組包含m個放大器，m為≥0的自然數(shù)；種子源經(jīng)過展寬器對脈沖進行時間展寬后獲得長激光脈沖；再進入放大器組，依次經(jīng)過前級放大器和前級擴束系統(tǒng)后，經(jīng)第一級放大器放大能量，放大后的能量為A，通過第一級擴束系統(tǒng)將光斑的直徑由a擴大到b，再進入第二級放大器放大能量，放大后的能量為B，且B2A，獲得高能量激光脈沖；再經(jīng)過第二級擴束系統(tǒng)將光斑的直徑由b擴大到c后，進入壓縮器壓縮脈沖寬度，壓縮器的壓縮效率為X，壓縮后輸出的能量為XB，并且X²BA，經(jīng)壓縮后的激光傳輸?shù)桨袇^(qū)進行打靶；打靶處將有回光沿傳輸路徑原路返回到激光器中，能量的單位為焦耳，直徑的單位為厘米。

本發(fā)明的產(chǎn)生啁啾脈沖放大激光隔離打靶回光的裝置為在第二級放大器之前放置隔離器；其中，第一級擴束系統(tǒng)包括一個子擴束系統(tǒng)，或者第一級擴束系統(tǒng)包括多個子擴束系統(tǒng)；