專利名稱：光學(xué)同步的自鎖模激光器及其啁啾脈沖放大系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及激光器領(lǐng)域。
一般自鎖模激光器的輸出脈沖能量為nj量級，峰值功率小于MW量級，因而應(yīng)用范圍相當有限，與強場物理如多光子電離、激光等離子體互作用以及X光激光的要求相距甚遠。提高超短脈沖激光器輸出能量的主要途徑就是光脈沖放大。啁啾脈沖放大(“Multiterawatt 30-fs Ti:sapphire lasersystem”,C.P.J.Barty,C.L.Gordon Ⅲ,B.E.Lemoff Opt.Lett.,1994,18:1442)是目前普遍采用的超短脈沖放大技術(shù)。美國利弗莫爾實驗室采用啁啾脈沖放大技術(shù)在1996年研制成功單脈沖能量580J，脈沖寬度490fs，峰值功率1.25PW的小型化臺面超強激光系統(tǒng)(“Livermore Petawatt laser sets newpulsed-power record”,Laser Focus World,1996,7:13)。但是目前世界上所有的啁啾脈沖放大系統(tǒng)均需要一套精度極高的電脈沖同步延時系統(tǒng)，它把光電探測器探測到的幾十兆赫茲鎖模脈沖信號轉(zhuǎn)變成電信號后和泵浦源的幾十或者幾千赫茲電信號同步，然后經(jīng)過適當?shù)碾娧訒r產(chǎn)生幾路觸發(fā)信號去觸發(fā)單脈沖選擇器、腔倒空器等控制脈沖捕捉、放大、釋放的器件。目前尚無在啁啾脈沖放大系統(tǒng)中采用光學(xué)同步的方法替代復(fù)雜的電脈沖同步延時系統(tǒng)的報道。
本發(fā)明的目的就在于在啁啾脈沖放大系統(tǒng)中利用同一臺脈沖激光器同時泵浦自鎖模激光器和脈沖放大器，使得自鎖模激光器輸出的鎖模脈沖、脈沖放大器的增益以及泵浦源脈沖激光器的泵浦脈沖三者之間在時間上嚴格同步，它們之間的延時采用光學(xué)方法很容易實現(xiàn)。
采用這項技術(shù)將解決啁啾脈沖放大系統(tǒng)中長期困擾人們的電脈沖同步延時問題，并使啁啾脈沖放大系統(tǒng)電路控制部分簡單化。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下，啁啾脈沖放大系統(tǒng)由泵浦源脈沖激光器1，自鎖模激光器2，單脈沖選擇器3，脈沖展寬器4，脈沖放大器5，脈沖壓縮器6組成。脈沖激光器1同時泵浦自鎖模激光器2及脈沖放大器5，自鎖模激光器2在輸出脈沖包絡(luò)中會產(chǎn)生鎖模脈沖序列，經(jīng)過單脈沖選擇器3從每個包絡(luò)中取出能量相對較大的鎖模脈沖，該鎖模脈沖經(jīng)過脈沖展寬器4在時間上展寬后，送到脈沖放大器5進行能量放大，自鎖模激光器2以及脈沖放大器5均被同一臺脈沖激光器1泵浦，自鎖模激光器輸出的鎖模脈沖、脈沖放大器的增益以及泵浦源脈沖激光器的泵浦脈沖三者之間在時間上嚴格同步，它們之間的延時由光學(xué)延時實現(xiàn)。放大后的脈沖經(jīng)過脈沖壓縮器6在時間上重新壓縮，得到和自鎖模激光器輸出脈寬相當?shù)某堂}沖。
作為啁啾脈沖放大系統(tǒng)泵浦源的脈沖激光器1可以是電光調(diào)Q納秒Nd:YAG倍頻激光器，或者聲光調(diào)Q納秒Nd:YAG倍頻激光器，或者輸出波長為670nm的半導(dǎo)體激光器；自鎖模激光器2及脈沖放大器5中的增益介質(zhì)是摻鈦藍寶石，或者是Cr:LiSAF，或者是Cr:LiSGAF，或者是Cr:YAG，或者是Nd:YAG。
本發(fā)明解決了啁啾脈沖放大系統(tǒng)中長期困擾人們的高頻電脈沖和低頻電脈沖精確同步延時的問題，并使啁啾脈沖放大系統(tǒng)電路控制部分簡單化，同時整個啁啾脈沖放大系統(tǒng)只需要一臺激光器泵浦，降低了商品化的啁啾脈沖放大系統(tǒng)的成本。
附圖
是光學(xué)同步的自鎖模激光器及其啁啾脈沖放大系統(tǒng)示意圖。
本發(fā)明的典型實施例是，如附圖所示，脈沖激光器1是電光調(diào)Q納秒Nd:YAG倍頻激光器，該激光器采用高斯鏡非穩(wěn)腔技術(shù)目前已經(jīng)很容易獲得532nm激光的單脈沖能量超過500mj，脈沖寬度在10納秒以下，光束呈高斯型空間分布。利用能量為50mj，重復(fù)頻率為10Hz的單脈沖泵浦自鎖模鈦寶石激光器2就能在輸出脈沖包絡(luò)內(nèi)獲得穩(wěn)定而整齊的鎖模脈沖序列。單脈沖選擇器3從鎖模脈沖序列中選出能量相對較大的超短脈沖注入脈沖展寬器4，脈沖展寬器4能夠把自鎖模鈦寶石激光器2產(chǎn)生的飛秒脈沖展寬至皮秒甚至納秒量級，被展寬后的脈沖經(jīng)過脈沖放大器5放大，脈沖放大器的增益介質(zhì)是鈦寶石，脈沖放大器仍然由電光調(diào)Q納秒Nd:YAG倍頻激光器泵浦，經(jīng)過一級放大后能量如果仍未達到要求，可采用二級甚至三級放大，放大介質(zhì)均采用鈦寶石，均由電光調(diào)Q納秒Nd:YAG倍頻激光器泵浦，只要倍頻激光器輸出的單脈沖能量仍然足以使增益介質(zhì)鈦寶石獲得增益。鈦寶石激光器2產(chǎn)生的超短脈沖以及各級脈沖放大器的增益已被電光調(diào)Q納秒Nd:YAG倍頻激光器的輸出脈沖同步，三者之間的延時由光學(xué)延時實現(xiàn)。被放大后的脈沖經(jīng)過脈沖壓縮器6在時間上得到壓縮，從而獲得和和自鎖模激光器2輸出脈寬相當?shù)某堂}沖。
權(quán)利要求
1．一種光學(xué)同步的自鎖模激光器及其啁啾脈沖放大系統(tǒng)，由脈沖激光器(1)，自鎖模激光器(2)，單脈沖選擇器(3)，脈沖展寬器(4)，脈沖放大器(5)，脈沖壓縮器(6)組成，其特征在于采用脈沖激光器(1)同時泵浦自鎖模激光器(2)和脈沖放大器(5)，自鎖模激光器(2)輸出的超短脈沖序列、脈沖放大器(5)的增益和泵浦源脈沖激光器(1)的輸出脈沖三者之間精確同步，它們之間的延時通過光學(xué)延時實現(xiàn)。
2．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)同步的自鎖模激光器及其啁啾脈沖放大系統(tǒng)，其特征在于所說的脈沖激光器(1)是電光調(diào)Q納秒Nd:YAG倍頻激光器。
3．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)同步的自鎖模激光器及其啁啾脈沖放大系統(tǒng)，其特征在于所說的脈沖激光器(1)是聲光調(diào)Q納秒Nd:YAG倍頻激光器。
4．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)同步的自鎖模激光器及其啁啾脈沖放大系統(tǒng)，其特征在于所說的脈沖激光器(1)是輸出波長為670nm的半導(dǎo)體激光器。
5．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)同步的自鎖模激光器及其啁啾脈沖放大系統(tǒng)，其特征在于所說的自鎖模激光器(2)和脈沖放大器(5)中的增益介質(zhì)均為摻鈦藍寶石。
6．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)同步的自鎖模激光器及其啁啾脈沖放大系統(tǒng)，其特征在于所說的自鎖模激光器(2)和脈沖放大器(5)中的增益介質(zhì)均為Cr:LiSAF。
7．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)同步的自鎖模激光器及其啁啾脈沖放大系統(tǒng)，其特征在于所說的自鎖模激光器(2)和脈沖放大器(5)中的增益介質(zhì)均為Cr:LiSGAF。
8．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)同步的自鎖模激光器及其啁啾脈沖放大系統(tǒng)，其特征在于所說的自鎖模激光器(2)和脈沖放大器(5)中的增益介質(zhì)均為Cr:YAG。
9．如權(quán)利要求1所述的光學(xué)同步的自鎖模激光器及其啁啾脈沖放大系統(tǒng)，其特征在于所說的自鎖模激光器(2)和脈沖放大器(5)中的增益介質(zhì)均為Nd:YAG。
全文摘要
光學(xué)同步的自鎖模激光器及其啁啾脈沖放大系統(tǒng),涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及激光器領(lǐng)域。它利用同一臺脈沖激光器同時泵浦自鎖模激光器和脈沖放大器,使得自鎖模激光器輸出的鎖模脈沖、脈沖放大器的增益以及泵浦源脈沖激光器的泵浦脈沖三者之間在時間上嚴格同步,它們之間的精確延時采用光學(xué)方法實現(xiàn)。本發(fā)明解決了啁啾脈沖放大系統(tǒng)中高頻電脈沖和低頻電脈沖精確同步延時的問題。
文檔編號H01S3/00GK1233867SQ9810816
公開日1999年11月3日 申請日期1998年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月29日
發(fā)明者蔣捷, 張雨東, 莊欣欣, 崔傳鵬, 吳柏昌 申請人:中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所