專利名稱：一種短脈沖激光放大方法
技術領域：
本發(fā)明屬于高能短脈沖激光領域，具體涉及一種短脈沖激光放大方法。
背景技術：
為了克服短脈沖直接放大過程中損壞光學元件，需要采用啁啾脈沖放大(CPA)技術，一般CPA系統(tǒng)的工作原理是利用展寬器提供正色散，將超短脈沖激光展寬為正啁啾的長脈沖，注入激光放大器中充分放大，待其獲得足夠高的能量后，再利用壓縮器提供負色散將脈沖在時域上進行壓縮，從而獲得極高的輸出功率?！斑薄币庵覆煌瑫r刻的脈沖瞬時頻率不同，也就是說通過色散效應使一個短脈沖激光的不同頻率成份獲得不同的延遲，從而短脈沖成為具有啁啾的長脈沖。目前常用的展寬器和壓縮器本質上都是利用光柵提供的大色散量來實現(xiàn)脈沖啁啾率的變化，不同之處在于展寬器要提供正啁啾，紅光在前藍光在后，“紅”與“藍”是指相對波長的“長”與“短”，所以需要使用大口徑透鏡或大口徑凹面鏡等元件，而壓縮器提供負色散，使藍光提前，紅光滯后，因此只需要使用光柵對即可。通常展寬器中的大口徑透鏡或大口徑凹面鏡不僅加工困難、成本高，色差及像差的控制也比較困難。另外，要獲得好的光束質量(時域和空域)，不僅要求這些元件的面型要好，而且對元件位置和姿態(tài)的調整精度要求也非常高，由于展寬器往往是多通構型，光束在展寬器中通過的次數(shù)越多，對元器件調整精度的要求越高，在調整精度滿足不了要求時往往會使輸出光束質量變差，影響最終的聚焦功率密度。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種短脈沖激光放大方法。本發(fā)明的短脈沖激光放大方法，依次包括以下步驟
a.短脈沖激光的負色散展寬
短脈沖激光由第一高反鏡反射后經過由光柵G1、光柵G2、光柵G3、光柵G4組成的光柵組被負色散展寬，形成負啁啾長脈沖激光；光柵組中的光柵排布形式為光柵Gl平行于光柵 G2，光柵G3平行于光柵G4 ；
b.長脈沖激光的啁啾反轉
將步驟a得到的負啁啾長脈沖激光用第二高反鏡及第三高反鏡導入色散調節(jié)單元、再通過啁啾反轉單元進行啁啾反號得到正啁啾長脈沖激光；
c.正啁啾長脈沖激光的能量放大
將步驟b得到的正啁啾長脈沖激光經過放大單元進行能量放大；
d.正啁啾長脈沖激光的負色散壓縮
將能量放大后的正啁啾長脈沖激光用第四高反鏡及第五高反鏡導入由光柵G1、光柵 G2、光柵G3、光柵G4組成的光柵組進行脈沖壓縮，得到所需的高能短脈沖激光。本發(fā)明的短脈沖激光放大方法與現(xiàn)有的CPA激光放大方法相比省略了結構復雜的展寬器，利用短脈沖激光放大系統(tǒng)中已有的用于激光脈沖壓縮的光柵組進行短脈沖激光的展寬，避免了原有展寬器中的大口徑透鏡或大口徑球面反射鏡等光學元件帶來的色差及像差等問題，簡化了短脈沖激光系統(tǒng)的結構，使成本降低，提高了系統(tǒng)輸出的激光光束質量。


圖1為本發(fā)明的短脈沖激光放大方法中的系統(tǒng)結構原理圖。圖2 (a)為本發(fā)明的短脈沖激光放大方法中的展寬前的短脈沖激光波形圖。圖2 (b)為本發(fā)明的短脈沖激光放大方法中的展寬后的長脈沖激光波形圖。圖2 (C)為本發(fā)明的短脈沖激光放大方法中的條紋相機測得的啁啾反轉圖。圖2 (d)為本發(fā)明的短脈沖激光放大方法中的壓縮后的短脈沖激光波形圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。圖1為本發(fā)明的短脈沖激光放大方法中的系統(tǒng)結構原理圖，從圖中可以看出，本發(fā)明的短脈沖激光放大方法中的光柵組采用線密度相同的光柵G1、光柵G2、光柵G3、光柵 G4組成，用于實現(xiàn)短脈沖激光的負展寬及負壓縮，四塊光柵的線密度均為1740線/mm，光柵Gl平行于平柵G2，光柵G3平行于平柵G4。短脈沖激光源輸出的短脈沖激光中心波長為1053nm、帶寬5nm、脈寬667ps，經第一高反鏡1反射后，依次通過光柵G1、光柵G2、光柵G3、光柵G4實現(xiàn)短脈沖激光的負色散展寬，變?yōu)?. 6ns的負啁啾長脈沖激光，負啁啾長脈沖激光經第二高反鏡2、第三高反鏡3反射后進入色散調節(jié)單元6及啁啾反轉單元7，色散調節(jié)單元6用于平衡、調節(jié)整個系統(tǒng)的剩余色散，啁啾反轉單元7則將負啁啾長脈沖激光變?yōu)檎遍L脈沖激光，此后正啁啾長脈沖激光進入放大單元8提取能量，較高能量的正啁啾長脈沖激光經第四高反鏡4、第五高反鏡5反射后再次通過光柵G1、光柵G2、光柵G3、光柵G4，實現(xiàn)負色散壓縮，得到比初始短脈沖激光更高能量、更高功率的短脈沖激光。本發(fā)明的短脈沖激光放大方法中的步驟對應的波形效果圖如圖2所示，圖2 (a)是展寬前的短脈沖激光波形圖，圖2(b)為展寬后的長脈沖激光波形圖，圖2(c)為條紋相機測得的啁啾反轉圖，圖2(d)為壓縮后的短脈沖激光波形圖，可以看到，壓縮后的脈寬基本保持了展寬前的寬度，通過啁啾反轉過程，利用同一組光柵實現(xiàn)了短脈沖激光的展寬和壓縮。上述實施例中的負展寬負壓縮用的四塊光柵組成的光柵組也可采用折返式雙光柵雙程構型替代。綜上所述，本發(fā)明的方法是一種便于實施、能夠簡化系統(tǒng)結構的短脈沖激光放大方法，可用于大型激光裝置中的短脈沖激光放大。
權利要求
1. 一種短脈沖激光放大方法，其特征在于包括以下步驟a.短脈沖激光的負色散展寬短脈沖激光由第一高反鏡(1)反射后經過由光柵G1、光柵G2、光柵G3、光柵G4組成的光柵組被負色散展寬，形成負啁啾長脈沖激光；光柵組中的光柵排布形式為光柵Gl平行于光柵G2，光柵G3平行于光柵G4 ；b.長脈沖激光的啁啾反轉將步驟a得到的負啁啾長脈沖激光經第二高反鏡(2)及第三高反鏡(3)導入色散調節(jié)單元(6)、再通過啁啾反轉單元(7)進行啁啾反號得到正啁啾長脈沖激光；c.正啁啾長脈沖激光的能量放大將步驟b得到的正啁啾長脈沖激光經過放大單元(8)進行能量放大；d.正啁啾長脈沖激光的負色散壓縮將能量放大后的正啁啾長脈沖激光用第四高反鏡(4)及第五高反鏡(5)導入由光柵 G1、光柵G2、光柵G3、光柵G4組成的光柵組進行脈沖壓縮，得到所需的高能短脈沖激光。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種短脈沖激光放大方法。短脈沖激光第一次經過光柵組被負色散展寬，成為具有負啁啾的長脈沖，利用啁啾反轉單元將此負啁啾脈沖變?yōu)檎泵}沖，再經過能量放大后第二次通過光柵組，通過光柵組提供的負色散使脈沖得到壓縮，從而提高輸出功率。本發(fā)明的主要特點是脈沖展寬和壓縮過程用同一組光柵來實現(xiàn)，免去了傳統(tǒng)大型啁啾脈沖放大系統(tǒng)中結構復雜的正色散展寬器，實現(xiàn)了短脈沖激光的能量放大及功率提升，有助于減化整個激光系統(tǒng)的結構、降低激光器的調節(jié)難度，并提高激光脈沖的光束質量。
文檔編號H01S3/10GK102244352SQ201110156968
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月13日 優(yōu)先權日2011年6月13日
發(fā)明者周凱南, 左言磊, 張穎, 景峰, 曾小明, 王逍, 蔣東鑌, 趙磊, 郝欣, 魏曉峰 申請人:中國工程物理研究院激光聚變研究中心