本發(fā)明涉及激光脈沖時域整形方法，特別是一種補償高能激光脈沖放大過程中由于增益飽和效應(yīng)引入的時域畸變的方法。具體講,涉及基于光-光同步放大的時域整形方法。

背景技術(shù)：

啁啾脈沖放大(CPA)技術(shù)的發(fā)明為超短超強激光開辟了新的道路，光學(xué)參量啁啾脈沖放大技術(shù)(OPCPA)是除了CPA技術(shù)之外，又一種實現(xiàn)超強超短激光脈沖放大的重要技術(shù)。1992，A.Dubietis等人提出OPCPA概念后，OPCPA技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，迄今為止，世界上很多國家建立起了基于OPCPA技術(shù)的超強超短激光裝置。由于在OPCPA中只有泵浦光和信號光在晶體中滿足相位匹配條件匹配，并且時域重疊時才產(chǎn)生放大。因此，在OPCPA技術(shù)中，泵浦光對整個放大過程至關(guān)重要。研究表明，泵浦光決定了放大后的種子光光譜，轉(zhuǎn)換效率，光束質(zhì)量等。只有泵浦光時域分布為平頂分布時，OPCPA的放大過程才能工作在最佳的狀態(tài)。因此，實驗中如何獲得時域平頂分布的泵浦光是必須研究的內(nèi)容。然而，在高能量的OPCPA過程中，通常泵浦光在放大過程中，隨著脈沖能量的增加，泵浦光會受到增益飽和效應(yīng)的影響，使得泵浦光的時域分布發(fā)生畸變，導(dǎo)致脈沖前沿的光強高于脈沖后沿。因此，為了補償增益飽和效應(yīng)導(dǎo)致的時域畸變，對泵浦光脈沖進行時域的預(yù)整形對OPCPA非常重要。

目前，對激光脈沖進行時域整形的方法主要是基于集成電光波導(dǎo)調(diào)制的激光脈沖整形,由于其驅(qū)動電壓僅為幾伏,加上配套的高穩(wěn)定LD抽運的單縱模振蕩器和任意整形電脈沖源,可以有效地對數(shù)納秒級寬度的脈沖進行預(yù)整形。然而，該方法中采用的電學(xué)器件都非常昂貴，而且國內(nèi)并不掌握這種期間的生產(chǎn)加工工藝。與此同時，受限于電子器件的精度，該方法通常只適用于數(shù)納秒量級激光脈沖的預(yù)整形，并且會引入一定的時域抖動。因此，研究發(fā)展新的時域整形技術(shù)是非常必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提出補償高能激光脈沖放大過程中由于增益飽和效應(yīng)引入的時域畸變的方法，得到最終時域平頂分布的激光脈沖。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，基于光-光同步放大的時域整形方法，所采用的器件包括激光器、激光放大器、分束鏡、延時線、雙色鏡、倍頻晶體、激光晶體，具體步驟如下：

①利用激光器輸出一個時域平頂分布的種子激光脈沖，種子激光脈沖投射到所述的分束鏡；

②經(jīng)過所述的分束鏡透射的部分激光脈沖經(jīng)過所述的激光放大器進行放大，放大后的激光脈沖經(jīng)過所述的倍頻晶體后產(chǎn)生倍頻后的激光脈沖；倍頻后的激光脈沖經(jīng)過所述的雙色鏡注入至所述的激光晶體中；

③經(jīng)過所述的分束鏡反射的部分激光脈沖經(jīng)過所述的延時線和所述的雙色鏡入射至所述的激光晶體中。

激光晶體為Nd:YLF晶體或鈦寶石晶體。

倍頻后激光脈沖的脈沖寬度大于等于種子激光脈沖的脈沖寬度；倍頻后激光脈沖和種子激光脈沖之間的時間延時采用可調(diào)方式。

基于光-光同步放大的時域整形裝置，由激光器、激光放大器、分束鏡、延時線、雙色鏡、倍頻晶體、激光晶體構(gòu)成，其中：利用激光器輸出一個時域平頂分布的種子激光脈沖，種子激光脈沖投射到所述的分束鏡；經(jīng)過所述的分束鏡透射的部分激光脈沖經(jīng)過所述的激光放大器進行放大，放大后的激光脈沖經(jīng)過所述的倍頻晶體后產(chǎn)生倍頻后的激光脈沖；倍頻后的激光脈沖經(jīng)過所述的雙色鏡注入至所述的激光晶體中；經(jīng)所述的分束鏡反射的部分激光脈沖經(jīng)過所述的延時線和所述的雙色鏡入射至所述的激光晶體中。

激光晶體為Nd:YLF晶體或鈦寶石晶體。

本發(fā)明的特點及有益效果是：

由于該方法采用的是光-光同步放大的技術(shù)，不涉及電子元件，因此與先方法相比，本發(fā)明具有以下顯著的特點：

1.該方法對入射的激光脈沖寬度沒有要求，可以支持亞納秒甚至更短的激光脈沖整形。

2.該方法沒有采用電子器件，可以避免時序抖動的問題。

3.該方法中采用的元器件都非常容易獲得，相對傳統(tǒng)方法，操作簡單，成本低廉。

附圖說明：

圖1基于光光同步放大的時域整形方法的光路圖。

圖2 Nd:YLF晶體的吸收光譜和增益光譜圖。

圖3鈦寶石晶體的吸收光譜和增益光譜圖。

圖4種子光(虛線所示)經(jīng)過泵浦光(點畫線所示)放大后的時域波形圖(實線所示)。

具體實施方式

參閱圖1，本發(fā)明的技術(shù)方案是，圖1是本發(fā)明基于光光同步放大的時域整形方法的光路圖，本發(fā)明是一種基于光光同步放大的時域整形方法，由圖可見，所采用的器件包括1053nm激光器、1053nm激光放大器、分束鏡、延時線、雙色鏡、倍頻晶體、Nd:YLF晶體。該方法包括下列步驟：

①所述的1053nm激光器(1)輸出一個時域平頂分布的種子激光脈沖，激光脈沖經(jīng)過所述的分束鏡(2)；

②經(jīng)過所述的分束鏡(2)透射的部分激光脈沖經(jīng)過所述的1053nm激光放大器(3)進行放大。放大后的激光脈沖經(jīng)過所述的倍頻晶體(6)后產(chǎn)生527nm的激光脈沖；527nmm的激光脈沖經(jīng)過所述的雙色鏡(5)注入至所述的Nd:YLF晶體(6)中；

③經(jīng)過所述的分束鏡(2)反射的部分激光脈沖經(jīng)過所述的延時線(4)和所述的雙色鏡(5)入射至所述的Nd:YLF晶體(7)中；

所述的1053nm激光脈沖和527nm激光脈沖以及增益晶體可以滿足以下條件：

①所述的1053nm激光器可以為其他波長的脈沖激光器。

②所述的Nd:YLF晶體可以為其他激光晶體，例如鈦寶石晶體，鈦寶石晶體的吸收光譜和增益光譜如圖3所示。

③所述的527nm激光脈沖可以由一臺獨立的527nm激光器產(chǎn)生。

所述的527nm泵浦脈沖的脈沖寬度和1053nmm泵浦光的脈沖寬度和延時最好滿足以下要求：

①527nm激光脈沖的脈沖寬度大于等于1053n種子光的脈沖寬度；

②所述的527nm的激光脈沖和1053nm的激光脈沖之間的時間延時可調(diào)。

請先參閱圖1，圖1是本發(fā)明基于光光同步放大的時域整形方法的光路圖，本發(fā)明是一種基于光光同步放大的時域整形方法，由圖可見，所采用的器件包括1053nm激光器、1053nm激光放大器、分束鏡、延時線、雙色鏡、倍頻晶體、Nd:YLF晶體。該方法包括下列步驟：

①所述的1053nm激光器(1)輸出一個時域平頂分布的種子激光脈沖，激光脈沖經(jīng)過所述的分束鏡(2)；

②經(jīng)過所述的分束鏡(2)透射的部分激光脈沖經(jīng)過所述的1053nm激光放大器(3)進行放大。放大后的激光脈沖經(jīng)過所述的倍頻晶體(6)后產(chǎn)生527nm的激光脈沖；527nmm的激光脈沖經(jīng)過所述的雙色鏡(5)注入至所述的Nd:YLF晶體(6)中；

③經(jīng)過所述的分束鏡(2)反射的部分激光脈沖經(jīng)過所述的延時線(4)和所述的雙色鏡(5)入射至所述的Nd:YLF晶體(7)中；

所述的1053nm激光脈沖和527nm激光脈沖以及增益晶體可以滿足以下條件：

①所述的1053nm激光器可以為其他波長的脈沖激光器。

②所述的Nd:YLF晶體可以為其他激光晶體，例如鈦寶石晶體，鈦寶石晶體的吸收光譜和增益光譜如圖3所示。

③所述的527nm激光脈沖可以由一臺獨立的527nm激光器產(chǎn)生。

所述的527nm泵浦脈沖的脈沖寬度和1053nmm泵浦光的脈沖寬度和延時最好滿足以下要求：

①527nm激光脈沖的脈沖寬度大于等于1053n種子光的脈沖寬度；

②所述的527nm的激光脈沖和1053nm的激光脈沖之間的時間延時可調(diào)。

參閱圖1，圖1是本發(fā)明基于光光同步放大的時域整形方法的光路圖，本發(fā)明是一種基于光光同步放大的時域整形方法，由圖可見，所采用的器件包括1053nm激光器、1053nm激光放大器、分束鏡、延時線、雙色鏡、倍頻晶體、Nd:YLF晶體。該方法包括下列步驟：

①所述的1053nm激光器(1)輸出一個時域平頂分布的種子激光脈沖，激光脈沖經(jīng)過所述的分束鏡(2)；

②經(jīng)過所述的分束鏡(2)透射的部分激光脈沖經(jīng)過所述的1053nm激光放大器(3)進行放大。放大后的激光脈沖經(jīng)過所述的倍頻晶體(6)后產(chǎn)生527nm的激光脈沖；527nmm的激光脈沖經(jīng)過所述的雙色鏡(5)注入至所述的Nd:YLF晶體(6)中；

③經(jīng)過所述的分束鏡(2)反射的部分激光脈沖經(jīng)過所述的延時線(4)和所述的雙色鏡(5)入射至所述的Nd:YLF晶體(7)中，Nd:YLF晶體的吸收光譜和增益光譜如圖2所示；

所述的1053nm激光脈沖和527nm激光脈沖以及增益晶體可以滿足以下條件：

①所述的1053nm激光器可以為其他波長的脈沖激光器。

②所述的Nd:YLF晶體可以為其他激光晶體，例如鈦寶石晶體，鈦寶石晶體的吸收光譜和增益光譜如圖3所示。

③所述的527nm激光脈沖可以由一臺獨立的527nm激光器產(chǎn)生。

所述的527nm泵浦脈沖的脈沖寬度和1053nmm泵浦光的脈沖寬度和延時最好滿足以下要求：

①527nm激光脈沖的脈沖寬度大于等于1053n種子光的脈沖寬度；

②所述的527nm的激光脈沖和1053nm的激光脈沖之間的時間延時可調(diào)。

參考圖4，圖4種子光是(虛線所示)經(jīng)過泵浦光(點畫線所示)放大后的時域波形(實線所示)。當(dāng)527nm激光脈沖和1053nm的激光脈沖同時注入到激光晶體中后，隨著泵浦時間的增加，晶體內(nèi)的儲能增加，泵浦結(jié)束時儲能達到最大。此時，晶體內(nèi)對應(yīng)的增益同樣隨著泵浦的增加而上升，在泵浦結(jié)束后達到最大。由于種子光和泵浦光同時注入到增益晶體中，種子光的前沿始終與泵浦光的前沿同步，由于一直處在增益晶體上能級粒子數(shù)的初始積累階段，因此不能獲得有效增益。而種子光的后沿進入晶體時，由于在泵浦光的持續(xù)泵浦作用下，晶體內(nèi)的儲能已經(jīng)達到最大，因此種子光后沿獲得的增益最大，從而達到時域整形的效果。模擬的結(jié)果表明，在100mJ/3mm(脈沖能量/光斑直徑)泵浦，2mJ/3mm種子注入條件下，種子光的前后沿的強度比例可以達到：1:1.53。

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，進一步詳細(xì)說明本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明基于光光同步放大的時域整形方法的光路圖，本發(fā)明是一種基于光光同步放大的時域整形方法，由圖可見，所采用的器件包括1053nm激光器、1053nm激光放大器、分束鏡、延時線、雙色鏡、倍頻晶體、Nd:YLF晶體。該方法包括下列步驟：

①所述的1053nm激光器(1)輸出一個時域平頂分布的種子激光脈沖，激光脈沖經(jīng)過所述的分束鏡(2)；

②經(jīng)過所述的分束鏡(2)透射的部分激光脈沖經(jīng)過所述的1053nm激光放大器(3)進行放大。放大后的激光脈沖經(jīng)過所述的倍頻晶體(6)后產(chǎn)生527nm的激光脈沖；527nmm的激光脈沖經(jīng)過所述的雙色鏡(5)注入至所述的Nd:YLF晶體(6)中；

③經(jīng)過所述的分束鏡(2)反射的部分激光脈沖經(jīng)過所述的延時線(4)和所述的雙色鏡(5)入射至所述的Nd:YLF晶體(7)中；

所述的1053nm激光脈沖和527nm激光脈沖以及增益晶體可以滿足以下條件：

①所述的1053nm激光器可以為其他波長的脈沖激光器。

②所述的Nd:YLF晶體可以為其他激光晶體，例如鈦寶石晶體，鈦寶石晶體的吸收光譜和增益光譜如圖3所示。

③所述的527nm激光脈沖可以由一臺獨立的527nm激光器產(chǎn)生。

所述的527nm泵浦脈沖的脈沖寬度和1053nmm泵浦光的脈沖寬度和延時最好滿足以下要求：

①527nm激光脈沖的脈沖寬度大于等于1053n種子光的脈沖寬度；

①述的527nm的激光脈沖和1053nm的激光脈沖之間的時間延時可調(diào)。