一種啁啾脈沖放大裝置制造方法
【專利摘要】一種啁啾脈沖放大裝置，包括光路上依次設(shè)置的振蕩器，展寬器，放大器和壓縮器，還包括第一相位板和第二相位板，其中第一相位板位于展寬器和放大器之間，第二相位板位于放大器和壓縮器之間，這兩個(gè)相位板具有完全相同的形狀和大小，并且由完全相同的材料制造而成，如果以相位板的中心定義為相位板的原點(diǎn)坐標(biāo)，如果第一相位板上某個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)為（x,y），對(duì)于穿過該相位板的光束來說該處的相位為Φ1xy，對(duì)于第二相位板上相同的點(diǎn)（x,y），對(duì)于相同的光束來說該處的相位為Φ2xy，則對(duì)于整個(gè)相位板所有的位置點(diǎn)來說，Φ1xy+Φ2xy =恒量，并且每個(gè)相位板均是非均勻相位板，光束在兩個(gè)相位板上是以垂直的方式在完全相同的位置和范圍內(nèi)穿過的。
【專利說明】—種啁啾脈沖放大裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種啁啾脈沖放大裝置，主要涉及的是粒子強(qiáng)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究，屬于高能物理領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]光是由在與其傳播方向垂直的平面內(nèi)相互正交振蕩的電場(chǎng)和磁場(chǎng)組成。光的強(qiáng)度正比于組成光波的電場(chǎng)的平方與磁場(chǎng)的平方之和。由于激光具有極好的空間和時(shí)間相干性，所以激光光束中的電場(chǎng)比通常非相干光源的電場(chǎng)大許多個(gè)數(shù)量級(jí)。物質(zhì)的最小單位原子是由原子核與繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子組成的。傳統(tǒng)原子物理學(xué)研究的主要內(nèi)容是物質(zhì)中電子在原子內(nèi)電場(chǎng)作用下表現(xiàn)出來的行為和性質(zhì)。近年來，由于超短脈沖啁啾放大(chirpedpulse amplificat1n)技術(shù)的重大突破，目前的超短脈沖激光聚焦后已經(jīng)可以產(chǎn)生比原子內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)得多的電場(chǎng)，從而使人類終于擁有了可以徹底改變和控制物質(zhì)中電子的運(yùn)動(dòng)并進(jìn)而改變物質(zhì)性質(zhì)和狀態(tài)的能力。原子內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度非常大。以氫原子為例，束縛電子在氫原子中運(yùn)動(dòng)的原子內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度高達(dá)5*109V/ cm。這個(gè)電場(chǎng)究竟有多強(qiáng)？作個(gè)簡(jiǎn)單的比較:自然界中閃電的力量是巨大的，雷霆萬鈞就是形容其威力的.但是，閃電所產(chǎn)生的電場(chǎng)僅僅相當(dāng)于原子內(nèi)電場(chǎng)的百萬分之一！如果把原子內(nèi)電場(chǎng)的強(qiáng)度用于加速電子的話，只需要1cm的加速距離就可以將電子加速到5*101(leV的能量，這大約相當(dāng)于在日內(nèi)瓦27km周長的LEP加速器上加速許多圈才能獲得的能量.要想使激光的電場(chǎng)大到可以與原子內(nèi)電場(chǎng)相比，激光的光場(chǎng)至少要達(dá)到3*1016W/ cm2。這對(duì)于一般長脈沖(脈寬> 10_9S)激光來說，是個(gè)可望而不可及的目標(biāo).正是由于這個(gè)原因，人類對(duì)于物質(zhì)在強(qiáng)于原子內(nèi)電場(chǎng)的電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究基本上是一個(gè)空白。這一狀況現(xiàn)在有了巨大的改變。近年來超短脈沖啁啾放大技術(shù)的重大突破，使得激光強(qiáng)度提高了5到6個(gè)數(shù)量級(jí).這種新型激光的聚焦光強(qiáng)高達(dá)102°W/ cm2,所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于原子的內(nèi)電場(chǎng)，脈沖啁啾放大技術(shù)的基本原理如圖1所示。從寬頻帶超短脈沖(〈I(T12S)振蕩器發(fā)出圖1超短光脈沖展寬-放大-壓縮原理示意圖可知超短激光脈沖先通過一個(gè)色散延遲光學(xué)元件(例如光柵)使其脈沖寬度得到13到10 5倍的展寬，然后注入激光放大器中進(jìn)行放大，以得到盡可能大的能量。由于此時(shí)的激光脈沖很寬，所以放大后的激光脈沖光強(qiáng)仍低于激光介質(zhì)的破壞閾值.在激光放大器之后，再通過一個(gè)共軛色散補(bǔ)償光學(xué)元件，把放大后的激光脈沖再壓縮回到原來的脈沖寬度。這樣產(chǎn)生的激光聚焦后可以產(chǎn)生超過102°W/ cm2的光強(qiáng)。目前，英國的盧瑟福實(shí)驗(yàn)室、法國的里梅爾實(shí)驗(yàn)室和美國的利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的激光裝置都已具有了這樣的能力。我國和其他國家的激光裝置也都在改造之中。值得一提的是，用啁啾放大技術(shù)對(duì)原有的激光裝置的改造比起依靠擴(kuò)大激光輸出口徑、增多激光輸出路數(shù)來提高激光功率的方案來要經(jīng)濟(jì)、合算得多。這些都屬于現(xiàn)有技術(shù)中大家公知的技術(shù)，更具體的詳情可參見張杰的《強(qiáng)場(chǎng)物理-一門嶄新的學(xué)科》一文。正是由于啁啾脈沖放大技術(shù)的如此重要性，世界各國對(duì)于啁啾脈沖放大的研究也是異常踴躍，出現(xiàn)了各種各樣的啁啾脈沖放大器，其所采用的原理都是如上面所指出的，并且為了獲得盡可能高的能量，實(shí)驗(yàn)人員往往采用更大功率的放大器，但是正如上面所指出的，任何的放大介質(zhì)都是具有自身的損傷閾值的，當(dāng)光能量超過該閾值之后，就會(huì)對(duì)放大介質(zhì)產(chǎn)生損傷，所以一味的提高放大器的能量最終帶來的結(jié)果必定是對(duì)放大器的損傷，本實(shí)用新型正是針對(duì)于此提出來的，根據(jù)本實(shí)用新型的放大器，可至少將目前的放大功率提高一倍以上。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型針對(duì)上面的問題，提出了一種具有更大放大能量極限的啁啾脈沖放大
>J-U ρ?α裝直。
[0004]本實(shí)用新型提供了一種啁啾脈沖放大裝置，包括光路上依次設(shè)置的振蕩器，展寬器，放大器和壓縮器，其特征在于:還包括第一相位板和第二相位板，其中第一相位板位于展寬器和放大器之間，第二相位板位于放大器和壓縮器之間，這兩個(gè)相位板具有完全相同的形狀和大小，并且由完全相同的材料制造而成，如果以相位板的中心定義為相位板的原點(diǎn)坐標(biāo)，如果第一相位板上某個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x，y)，對(duì)于穿過該相位板的光束來說該處的相位為Φ Ixy，對(duì)于第二相位板上相同的點(diǎn)(X，y)，對(duì)于相同的光束來說該處的相位為02xy，則對(duì)于整個(gè)相位板所有的位置點(diǎn)來說，兩個(gè)相位板相同位置處的相位和為常量，也即Φ lxy+cD2xy =恒量，并且每個(gè)相位板均是非均勻相位板,也即整個(gè)相位板上的相位數(shù)值不能完全相同，光束在兩個(gè)相位板上是以垂直的方式在完全相同的位置和范圍內(nèi)穿過的。
[0005]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述的第一相位板和第二相位板為由相同材料制造的玻璃板。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中啁啾脈沖放大裝置的示意圖；
[0007]圖2為本實(shí)用新型的啁啾脈沖放大裝置示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0008]以下在結(jié)合附圖的基礎(chǔ)上對(duì)于本實(shí)用新型的內(nèi)容進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。
[0009]圖2示出了本發(fā)明的高功率激光裝置的示意圖。其中I表示振蕩器，2表示展寬器，4表示放大器，6表示壓縮器，這些都屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不再進(jìn)行詳細(xì)闡述。其中3和5為本實(shí)用新型中采用的兩個(gè)相位板，這兩個(gè)相位板分居在放大器的兩側(cè)，其中一個(gè)位于展寬器2和放大器4之間，另外一個(gè)位于放大器4和壓縮器6之間，下面對(duì)于這兩個(gè)相位板進(jìn)行詳細(xì)的說明，這兩個(gè)相位板具有完全相同的形狀和大小，并且由完全相同的材料制造而成，如果以相位板的中心定義為相位板的原點(diǎn)坐標(biāo)，其中相位板3上某個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)為(X，y)，對(duì)于穿過該相位的光束來說該處的相位為Olxy，相位板5上點(diǎn)(X，y)，對(duì)于相同的光束來說該處的相位為0 2xy，則對(duì)于整個(gè)相位板來說，兩個(gè)相位板相同位置處的相位和為常量，也即Φ1χΥ+Φ2χγ =恒量，也即兩個(gè)相位板上相同坐標(biāo)處的兩個(gè)點(diǎn)的相位和不變，并且每個(gè)相位板均是非均勻相位板，也即整個(gè)相位板上的相位數(shù)值不能完全相同，并且光束在兩個(gè)相位板上是以垂直且完全相同的位置和范圍內(nèi)穿過的，也即如果光束照射在相位板3上范圍為(xl, yl)到(x2, y2),那么在照射到相位板5上的范圍也應(yīng)當(dāng)是(xl, yl)到(x2, y2)。
[0010]對(duì)于兩個(gè)相位板來說，其非均勻性越高，則對(duì)于提高整個(gè)放大器的放大能量上限能力越強(qiáng)。對(duì)于兩個(gè)相位板，其簡(jiǎn)單的例子可以為兩個(gè)玻璃板，這兩個(gè)玻璃板由完全相同的材質(zhì)構(gòu)成，為了使得這兩個(gè)玻璃板滿足上述的相位條件，可以簡(jiǎn)單對(duì)玻璃板的厚度進(jìn)行調(diào)制，對(duì)于相同的光介質(zhì)來說，相位即是厚度，所以只要使得兩個(gè)玻璃板相同位置的厚度和保持為常量，例如第一個(gè)玻璃板點(diǎn)(xl，yl)處的厚度為1，第二個(gè)玻璃板點(diǎn)(xl，yl)處的厚度可設(shè)置為2，第一個(gè)玻璃板點(diǎn)(x2，y2)處的厚度為1.5，第二個(gè)玻璃板點(diǎn)(x2，y2)處的厚度為1.5，那么就滿足了 1+2=1.5+1.5=3的要求，同時(shí)將其他所有點(diǎn)的相位和均保持為3即可，并且將每個(gè)相位均制作為非均勻相位板即可，也即整個(gè)相位板的厚度不能相同。同時(shí)，為了制作上的方便，也可在制作的時(shí)候并不要求到每個(gè)點(diǎn)上的相位均改變，可以將整個(gè)相位劃分為網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)網(wǎng)格為一個(gè)單位，該單位網(wǎng)格內(nèi)的相位是不變的，在這種情況下，只要保證兩個(gè)相位板上相同位置的兩個(gè)網(wǎng)格的相位和保持為常量即可。
[0011]采用本實(shí)用新型的相位板，首先，當(dāng)激光束穿過第一個(gè)相位板之后即對(duì)激光束在空間上對(duì)相位進(jìn)行了調(diào)制，由于相位板是非均勻的相位板，從而降低了激光束的空間相干性(也正是由于此，相位板的非周期性越強(qiáng)，其帶來的空間相干性降低越大)，從而使得激光束單位面積內(nèi)能量密度的降低，而當(dāng)光束通過第二個(gè)相位板之后，由于兩個(gè)相位板的相位點(diǎn)處相位和是不變的，第二個(gè)相位板會(huì)對(duì)由第一個(gè)相位板造成的調(diào)制相位進(jìn)行再次調(diào)制，使得激光束的空間相位分布恢復(fù)到最初的相干情形，通過這種方式，可極大的提高啁啾脈沖放大器的能量放大上限。
【權(quán)利要求】
1.一種啁啾脈沖放大裝置，包括光路上依次設(shè)置的振蕩器，展寬器，放大器和壓縮器，其特征在于:還包括第一相位板和第二相位板，其中第一相位板位于展寬器和放大器之間，第二相位板位于放大器和壓縮器之間，這兩個(gè)相位板具有完全相同的形狀和大小，并且由完全相同的材料制造而成，如果以相位板的中心定義為相位板的原點(diǎn)坐標(biāo)，如果第一相位板上某個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)為(X，y)，對(duì)于穿過該相位板的光束來說該處的厚度為Olxy，對(duì)于第二相位板上相同的點(diǎn)(X，y),對(duì)于相同的光束來說該處的厚度為Φ2xy，則對(duì)于整個(gè)相位板所有的位置點(diǎn)來說，兩個(gè)相位板相同位置處的厚度和為常量，也即Φ1χγ+Φ2Χ7 =恒量，并且每個(gè)相位板均是非均勻相位板，也即整個(gè)相位板上的厚度數(shù)值不能完全相同，光束在兩個(gè)相位板上是以垂直的方式在完全相同的位置和范圍內(nèi)穿過的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的啁啾脈沖放大裝置，其特征在于:所述的第一相位板和第二相位板為由相同材料制造的玻璃板。
【文檔編號(hào)】H01S3/10GK204243449SQ201420516847
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】李燕, 李新政, 白占國 申請(qǐng)人:河北科技大學(xué)