[發明專利]超強啁啾激光脈沖雙光柵壓縮裝置

在審

• 申請號: 202210053856.X
• 申請日: 2022-01-18
• 公開（公告）號: CN114447738A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 申雄;劉軍;王鵬;杜舒曼;梁文海
• 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;G02B27/42
• 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

一種超強啁啾激光脈沖雙光柵壓縮裝置由互相平行的反射式第一光柵和反射式第二光柵組成，一方面進行脈沖壓縮，另一方面，對輸出脈沖引入較強的空間色散，從而降低輸出脈沖光斑的調制度，增大壓縮器最后一塊光柵所能承受的最大能量。較傳統的基于四光柵的超短超強激光脈沖壓縮裝置而言，本發明光柵數量減半，可以節約一半的光柵和對應的調整架的巨大開銷，更容易調節，更穩定，體積更小，所需要的真空腔體更小，后期運行維護成本更低，光柵衍射損失能量幾乎減半，同時還因為能最大限度的對輸出光斑的調制度進行平滑，使得壓縮器最后一塊光柵得到最好的保護，從而增加整個壓縮器所能承受的最大能量。

技術領域

本發明涉及超強超短激光，特別是一種超強啁啾激光脈沖雙光柵壓縮裝置。

背景技術

超強超短激光脈沖已成為了粒子加速、高能二次源產生、實驗室天體物理、核聚變快點火等重大前沿科學研究領域的重要工具。超強超短激光脈沖在這些領域重要的應用，反過來推動著超強超短激光的進一步發展。當前，全世界已建成多達五十多套的拍瓦(PW,10¹⁵瓦)量級的激光裝置，甚至100PW量級的激光裝置也處于規劃和建設階段。

受限于制備工藝，基于光柵的啁啾激光脈沖壓縮裝置的有限光柵尺寸和損傷閾值，已成為超強超短激光脈沖系統進一步提升功率輸出的主要障礙。為了獲得越來越高激光脈沖能量輸出，需要越來越大的大尺寸光柵，然而大尺寸光柵的制備難度極大，并且價格昂貴。同時，為了更好的保護昂貴有限的壓縮裝置光柵，需要將其置于超凈真空腔體，這使得對大尺寸光柵的裝調和控制也非常困難。

為了解決大尺寸光柵制造困難對于超強超短激光系統輸出脈沖能量的限制，相干光組束方法被提出，即利用多個小尺寸壓縮裝置對多束小光斑低能量脈沖進行壓縮，然后將壓縮了的多束子光束進行相干組束，獲得高能量脈沖輸出。然而，該方法不同子光束之間的時間、指向性、波前以及色散的差別對于相干組束影響非常大，要對這些參數進行精密的控制和維持具有非常大的復雜性和難度。

怎么更有效的利用當前能制備出的最大尺寸光柵來獲得最高能量的激光脈沖輸出，是當下超強超短激光系統所追尋的目標。近期，基于時空特性調制的多步脈沖壓縮方法被提出(參考文件1：專利(申請號)202010534823.8)。該方法以通過對光斑引入空間色散，來降低進入壓縮裝置的光斑的調制度(光斑中的最強能量密度與主光斑的平均能量密度的比值)，降低同能量下激光脈沖光斑中的熱點對光柵造成損傷的可能性，進而增大同尺寸壓縮光柵對于脈沖能量的承受能力。進一步，基于同樣的原理，非對稱四光柵壓縮方法被提出(參考文件2，專利(申請號)CN202110509183.X)，該方法僅對常規使用的對稱四光柵結構進行結構的簡單變化，從對稱結構變成非對稱結構，既不用增加光學元件，也不用增加調節的復雜性，使其在增加壓縮裝置所能承受的最大輸出能量的同時，具有成本經濟、結構簡易且穩定的優點。

怎么更經濟容易的實現更高能量激光脈沖輸出，仍是當前超強超短激光系統所追求的內容。

發明內容

本發明的目的在于提出一種超強啁啾激光脈沖雙光柵壓縮裝置。

本發明的解決方案如下：

一種超強啁啾激光脈沖雙光柵壓縮裝置，特點在于由互相平行的第一光柵和第二光柵組成。一方面，所述的雙光柵壓縮裝置對導入其中的啁啾脈沖進行脈沖壓縮；另一方面，導入所述雙光柵壓縮裝置的啁啾脈沖，經過所述的第一光柵的衍射而獲得了角色散，并經過所述第二光柵衍射而準直，使得從所述第二光柵輸出的壓縮了的脈沖具有較強的空間色散。所引入的較強空間色散，能最大限度的降低所述第二光柵上的光斑的調制度，從而更有效的保護壓縮裝置中最容易被光致損傷的最后一塊光柵，在本發明中為所述的第二光柵，進而可以增加所述的超強啁啾激光脈沖雙光柵壓縮裝置所能承受的輸出激光脈沖能量。

本發明具有如下的顯著特點：