[發明專利]高功率激光時空啁啾脈沖放大系統

有效

• 申請號: 202110671420.2
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113437621B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 張宗昕;許毅;冷雨欣;吳分翔;楊曉駿;歸佳彥;錢佳毅
• 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: H01S3/00
• 分類號: H01S3/00;H01S3/102;H01S3/10
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種高功率激光時空啁啾脈沖放大系統，由激光種子脈沖源、脈沖時域展寬器、脈沖空間展寬器、可級聯的啁啾脈沖放大器、脈沖空間壓縮器和脈沖時域壓縮器構成。由激光種子脈沖源輸出種子脈沖，種子脈沖經脈沖時域展寬器展寬為時域啁啾脈沖，時域啁啾脈沖再經脈沖空間展寬器展寬為時空啁啾脈沖，然后通過一個或多個可級聯的啁啾脈沖放大器對時空啁啾脈沖進行能量放大和光譜整形，經放大后的時空啁啾脈沖再依次經過脈沖空間壓縮器和脈沖時域壓縮器而被壓縮為超短激光脈沖。該系統在時空啁啾脈沖放大過程中實現其光譜整形，可以有效抑制CPA系統中的光譜窄化和光譜紅移，且避免了光譜濾波所造成的激光脈沖能量損耗及濾波裝置適用條件的限制。

技術領域

本發明涉及高功率激光脈沖放大，特別是一種高功率激光時空啁啾脈沖放大系統。

背景技術

1960年，美國Hughes實驗室的Maiman發明了世界上第一臺激光器。隨后，調Q技術和鎖模技術迅速發展，激光脈沖峰值功率達到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增強，容易造成光學元件損傷。1985年，美國Rochester大學的D.Strickland和G.Mourou應用啁啾脈沖放大(以下簡稱為CPA)技術很好的解決了上述問題。激光種子脈沖先在時域上被展寬為啁啾脈沖，時域啁啾脈沖經能量放大后再被壓縮為超短激光脈沖。利用CPA技術已使得激光脈沖峰值功率達到TW(10¹²W)甚至PW(10¹⁵W)量級以上。對于傳統的CPA技術，時域啁啾脈沖在能量放大過程中將會產生光譜窄化和光譜紅移等效應，從而影響壓縮后激光脈沖寬度。為了抑制光譜窄化和光譜紅移，在CPA系統中通常需要對激光種子脈沖進行光譜濾波(物理學報,2005(06):2764-2768)。然而，光譜濾波將會造成激光脈沖能量的損耗，且濾波裝置需適用于一定的激光條件?？梢?，需要突破傳統CPA技術中的局限性，進而提升CPA系統的激光功率輸出能力。

發明內容

本發明提供一種高功率激光時空啁啾脈沖放大系統，突破傳統CPA系統中光譜窄化和光譜紅移效應的限制，促進CPA系統激光功率輸出能力的提升。

本發明的技術解決方案如下：

一種高功率激光時空啁啾脈沖放大系統，包括激光種子脈沖源、脈沖時域展寬器與脈沖時域壓縮器，其特點在于還包括脈沖空間展寬器、可級聯的啁啾脈沖放大器和脈沖空間壓縮器，所述的可級聯啁啾脈沖放大器的構成包括：多路泵浦激光脈沖、多個泵浦光反射鏡、增益介質、多個種子光反射鏡，所述的種子脈沖經所述的脈沖時域展寬器展寬為時域啁啾脈沖，該時域啁啾脈沖再經所述的脈沖空間展寬器展寬為時空啁啾脈沖，所述的多路泵浦激光脈沖分別經所述的泵浦光反射鏡反射后作用于所述的增益介質上，所述的時空啁啾脈沖經多個種子光反射鏡反射而多次通過所述的增益介質；在所述的增益介質的橫截面處，所述的多路泵浦激光脈沖沿所述的時空啁啾脈沖的空間啁啾方向(即z軸方向)依次排布，經過一個或多個所述的可級聯的啁啾脈沖放大器對所述的時空啁啾脈沖進行能量放大和光譜整形后，所述的時空啁啾脈沖再依次經過所述的脈沖空間壓縮器和脈沖時域壓縮器被壓縮為超短激光脈沖。

所述的脈沖空間展寬器為棱鏡對或光柵對，時域啁啾脈沖通過脈沖空間展寬器后產生垂直于其傳播主平面(即xy平面)的空間啁啾，所述的脈沖空間壓縮器與所述的脈沖空間展寬器結構對稱而功能相反。

所述的可級聯啁啾脈沖放大器通過調節所述的多路泵浦激光脈沖的能量、偏振或延時可抑制光譜窄化和光譜紅移。

與現有技術相比，本發明具有以下顯著特點：

1.利用時空啁啾脈沖放大技術，可實現時空啁啾脈沖的多級多通放大，抑制CPA系統中的光譜窄化和光譜紅移，進而提升其激光功率輸出能力；

2.在時空啁啾脈沖放大過程中，可逐級實現時空啁啾脈沖的光譜整形，避免了預補償光譜濾波所造成的激光脈沖能量損耗及濾波裝置適用條件的限制。

附圖說明