一種新型脈沖放大裝置制造方法
【專利摘要】一種新型脈沖放大裝置，包括光路上依次設(shè)置的振蕩器和放大器，還包括第一相位板和第二相位板，其中第一相位板和第二相位板位分居放大器兩側(cè)，這兩個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坐標，如果第一相位板上某個點的坐標為（x,y），對于穿過該相位板的光束來說該處的相位為Φ1xy，對于第二相位板上相同的點（x,y），對于相同的光束來說該處的相位為Φ2xy，則對于整個相位板所有的位置點來說，Φ1xy+Φ2xy=恒量，并且每個相位板均是非均勻相位板，光束在兩個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】一種新型脈沖放大裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種新型脈沖放大裝置，主要涉及的是粒子強場實驗研究，屬于高能物理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光由在與其傳播方向垂直的平面內(nèi)相互正交振蕩的電場和磁場組成。光的強度正比于組成光波的電場的平方與磁場的平方之和。由于激光具有極好的空間和時間相干性，所以激光光束中的電場比通常非相干光源的電場大許多個數(shù)量級。物質(zhì)的最小單位原子是由原子核與繞原子核運動的電子組成的。傳統(tǒng)原子物理學研究的主要內(nèi)容是物質(zhì)中電子在原子內(nèi)電場作用下表現(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)電場強得多的電場，從而使人類終于擁有了可以徹底改變和控制物質(zhì)中電子的運動并進而改變物質(zhì)性質(zhì)和狀態(tài)的能力。原子內(nèi)的電場強度非常大。以氫原子為例，束縛電子在氫原子中運動的原子內(nèi)電場強度高達5*109V/ cm。這個電場究竟有多強？作個簡單的比較:自然界中閃電的力量是巨大的，雷霆萬鈞就是形容其威力巨大。但是，閃電所產(chǎn)生的電場僅僅相當于原子內(nèi)電場的百萬分之一！如果把原子內(nèi)電場的強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。要想使激光的電場大到可以與原子內(nèi)電場相比，激光的光場至少要達到3*1016W/ cm2。這對于一般長脈沖(脈寬〉10_9S)激光來說，是個可望而不可及的目標。正是由于這個原因，人類對于物質(zhì)在強于原子內(nèi)電場的電場中的運動規(guī)律的研究基本上是一個空白。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，使得激光強度提高了 5到6個數(shù)量級，這種新型激光的聚焦光強高達102°w/ cm2,所產(chǎn)生的電場強度遠大于原子的內(nèi)電場，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色散延遲光學元件(例如光柵)使其脈沖寬度得到13到15倍的展寬，然后注入激光放大器中進行放大，以得到盡可能大的能量。由于此時的激光脈沖很寬，所以放大后的激光脈沖光強仍低于激光介質(zhì)的破壞閾值。在激光放大器之后，再通過一個共軛色散補償光學元件，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。目前，英國的盧瑟福實驗室、法國的里梅爾實驗室和美國的利弗莫爾國家實驗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)對原有的激光裝置的改造比起依靠擴大激光輸出口徑、增多激光輸出路數(shù)來提高激光功率的方案來要經(jīng)濟、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《強場物理-一門嶄新的學科》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，其中所采用的展寬器和壓縮器所采用的都是光柵或者光柵對，光柵或者光柵對制作相對復雜，成本高，在一些要求不太高的場合可能并不適合所有研究人員的選擇，本實用新型針對此提出了一種能夠替代上述展寬器和壓縮器的放大裝置，一種新型脈沖放大裝置。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型針對上面的問題，提出了一種新型脈沖放大裝置。
[0004]本實用新型提供了一種新型脈沖放大裝置，包括光路上依次設(shè)置的振蕩器和放大器，其特征在于:還包括第一相位板和第二相位板，其中第一相位板和第二相位板分居放大器兩側(cè)，第一相位板位于振蕩器和放大器之間，這兩個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坐標，如果第一相位板上某個點的坐標為(x，y)，對于穿過該相位板的光束來說該處的相位為Φ?χγ，對于第二相位板上相同的點(x，y)，對于相同的光束來說該處的相位為Φ2χ7，則對于整個相位板所有的位置點來說，兩個相位板相同位置處的相位和為常量，也即i>lxy+C>2xy =恒量,并且每個相位板均是非均勻相位板,也即整個相位板上的相位數(shù)值不能完全相同,光束在兩個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)本實用新型的一個實施例，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為本實用新型的啁啾脈沖放大裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0008]以下在結(jié)合附圖的基礎(chǔ)上對于本實用新型的內(nèi)容進行更加詳細的描述。
[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，3表示放大器，這些都屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不再進行詳細闡述。其中2和4為本實用新型中采用的兩個相位板，這兩個相位板分居在放大器的兩側(cè)，下面對于這兩個相位板進行詳細的說明，這兩個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坐標，其中相位板2上某個點的坐標為(X，y),對于穿過該相位的光束來說該處的相位為Φ lxy，相位板4上點(X，y),對于相同的光束來說該處的相位為Φ2χγ，則對于整個相位板來說，兩個相位板相同位置處的相位和為常量，也即Φ1χγ+Φ2χγ=恒量，也即兩個相位板上相同坐標處的兩個點的相位和不變，并且每個相位板均是非均勻相位板，也即整個相位板上的相位數(shù)值不能完全相同，并且光束在兩個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2上范圍為(xl，yl)到(x2, y2),那么在照射到相位板4上的范圍也應(yīng)當是(xl, yl)到(x2, y2)。
[0010]對于兩個相位板來說，其非均勻性越高，則對于提高整個放大器的放大能量上限能力越強。對于兩個相位板，其簡單的例子可以為兩個玻璃板，這兩個玻璃板由完全相同的材質(zhì)構(gòu)成，為了使得這兩個玻璃板滿足上述的相位條件，可以簡單對玻璃板的厚度進行調(diào)制，對于相同的光介質(zhì)來說，相位即是厚度，所以只要使得兩個玻璃板相同位置的厚度和保持為常量，例如第一個玻璃板點(xl，yl)處的厚度為1，第二個玻璃板點(xl，yl)處的厚度可設(shè)置為2，第一個玻璃板點(x2，y2)處的厚度為1.5，第二個玻璃板點(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，同時將其他所有點的相位和均保持為3即可，并且將每個相位均制作為非均勻相位板即可，也即整個相位板的厚度不能相同。同時，為了制作上的方便，也可在制作的時候并不要求到每個點上的相位均改變，可以將整個相位劃分為網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，其中每個網(wǎng)格為一個單位，該單位網(wǎng)格內(nèi)的相位是不變的，在這種情況下，只要保證兩個相位板上相同位置的兩個網(wǎng)格的相位和保持為常量即可。
[0011]采用本實用新型的相位板，首先，當激光束穿過第一個相位板之后即對激光束在空間上對相位進行了調(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，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，而當光束通過第二個相位板之后，由于兩個相位板的相位點處相位和是不變的，第二個相位板會對由第一個相位板造成的調(diào)制相位進行再次調(diào)制，使得激光束的空間相位分布恢復到最初的相干情形，通過這種方式，可在一定程度上取代原來的展寬器和壓縮器。
【權(quán)利要求】
1.一種新型脈沖放大裝置，包括光路上依次設(shè)置的振蕩器和放大器，其特征在于:還包括第一相位板和第二相位板，其中第一相位板和第二相位板位于放大器的兩側(cè)，并且第一相位板位于放大器和振蕩器之間，這兩個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坐標，如果第一相位板上某個點的坐標為(X，y)，對于穿過該相位板的光束來說該處的相位為Olxy，對于第二相位板上相同的點(X，y),對于相同的光束來說該處的相位為Φ2xy，則對于整個相位板所有的位置點來說，兩個相位板相同位置處的相位和為常量，也即Φ1χγ+Φ2Χ7 =恒量，并且每個相位板均是非均勻相位板，也即整個相位板上的相位數(shù)值不能完全相同，光束在兩個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】H01S3/10GK204045927SQ201420516849
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】李燕, 白占國, 李新政 申請人:河北科技大學