本实用新型专利技术公开了一种基于级联偏振分束的分离脉冲展宽光学装置，该装置由三级展宽单元通过光路连接而成，所述三级展宽单元为：第一级展宽单元fs/ps—10ps、第二级展宽单元10ps—100ps和第三级展宽单元100ps—ns，每级展宽单元均由数个展宽子单元构成，其展宽子单元结构基于偏振分束原理，使得不同偏振态的激光在空间或者光纤中经过的光程不同，或者在双折射晶体中引入的折射率不同，实现子脉冲之间延时的精确控制，经过N个展宽子单元，一个初始脉冲最终被分解为2N个子脉冲，实现高倍率的脉冲展宽。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种基于级联偏振分束的分离脉冲展宽光学装置，该装置由三级展宽单元通过光路连接而成，所述三级展宽单元为：第一级展宽单元fs/ps—10ps、第二级展宽单元10ps—100ps和第三级展宽单元100ps—ns，每级展宽单元均由数个展宽子单元构成，其展宽子单元结构基于偏振分束原理，使得不同偏振态的激光在空间或者光纤中经过的光程不同，或者在双折射晶体中引入的折射率不同，实现子脉冲之间延时的精确控制，经过N个展宽子单元，一个初始脉冲最终被分解为2N个子脉冲，实现高倍率的脉冲展宽。【专利说明】基于级联偏振分束的分离脉冲展宽光学装置
本技术属于高能激光
，具体涉及一种高倍率偏振分离式脉冲展宽及脉冲偏振合束结构，特别是一种基于级联偏振分束的分离脉冲展宽光学装置。
技术介绍
实现高功率、高峰值强度的激光脉冲一直是激光
的重要研究方向。在许多新兴的应用，如激光尾波场加速，X射线，Y射线，电子和光子束产生及其他相关的强场物质相互作用中，对于激光脉冲，同时需要满足数千瓦量级的平均功率和极高的单脉冲能量，例如，激光尾波场加速大都需要IO18 W/cm2或更高的峰值功率密度。尽管现在已经能在单根光纤中，实现10 kW平均功率的连续激光输出，但对于脉冲激光，由于光纤中各种非线性效应，如受激拉曼散射、受激布里渊散射、自相位调制、四波混频等的存在，脉冲宽度小于皮秒的超短脉冲的能量极限是I mj左右；对于脉冲宽度为几个纳秒的长脉冲，受限于石英等光学材料的损伤阈值，其峰值能量密度很难超过50 J/cm2。一系列的应用需求单脉冲能量大且峰值功率密度高的超短超强激光。单根光纤即使是大模场的双包层光纤或光子晶体光纤能承受的脉冲能量或脉冲峰值功率受限于材料的损伤阈值，而且，超短脉冲的放大需尽可能地避免光纤中非线性效应的影响。可采用将一个超短激光脉冲分为若干个(例如几千或几万个)子脉冲，尽可能地提高脉冲的重复频率，降低单个脉冲的能量，实现超短脉冲激光向准连续激光的转换，这样就可以降低放大过程中与脉冲能量相关的非线性效应的不利影响，最后通过脉冲合束及压缩装置，获得高能量超短激光脉冲。在技术实施上，主要面临二个问题:一是如何实现高倍率的脉冲分束，把一个主脉冲分解为时域上分离的几千或几万个子脉冲；二是如何控制分离的激光子脉冲在放大后能合成为一个主脉冲，要求在脉冲合成中不会携带有附加相位噪声或子脉冲延时的抖动，同时要求脉冲在放大过程中的非线性相移尽可能小。传统的超短脉冲展宽装置，如根据不同频率成分的光在材料中传播速度不同，而引入色散管理的啁啾脉冲展宽装置，采用光栅或者棱镜的空间结构，可以将飞秒、皮秒量级的超短脉冲展宽至纳秒量级，啁啾展宽脉冲放大后实施脉冲压缩。这一啁啾脉冲放大与压缩技术已经发展得非常成功，成为超快科学
的主流技术。但上述结构对入射脉冲光谱宽度要求高，不宜精确控制展宽量，结构复杂，难以集成，光路对准难度大；采用长距离单模光纤结合光纤光栅的全光纤结构超短脉冲展宽器，存在带宽窄，累计的高阶色散无法压缩的缺点。啁啾脉冲放大技术应用于全光纤结构的激光脉冲放大系统面临较大的困难，难以实现大于ImJ的超短激光脉冲放大。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服上述现有技术中的问题和缺点而提供的一种基于级联偏振分束的分离脉冲展宽光学装置，该装置先将单个脉冲按偏振态进行分束，对不同偏振态的激光脉冲，引入不同的光程或折射率，使单个超短脉冲分解成两个偏振态不同、时间上分开的子脉冲。然后将分解后的每个子脉冲再次分解，再次获得两个偏振态不同、时间上分开的脉冲。每经过一次分解，一个超短脉冲就会被分解为两个，经过N次分解后，最初的一个超短脉冲会被分解为2N个子脉冲，通过优化每次分解过程中，对不同偏振态的激光引入的光程或折射率的差异，可精确控制每个子脉冲间的延时，实现高倍率任意间隔的脉冲时域展宽。本技术的目的是这样实现的:一种基于级联偏振分束的分离脉冲展宽光学装置，特点是该装置由三级展宽单元通过光路连接而成，所述三级展宽单元为:第一级展宽单元fs/ps — 10ps、第二级展宽单元IOps一 IOOps和第三级展宽单元IOOps—ns,每级展宽单元均由数个展宽子单元构成,其展宽子单元结构为下列结构的一种:⑴、由一块双折射晶体及一个偏振控制器构成，脉冲经过偏振控制器后，从双折射晶体的一面入射，从晶体的另一面出射。⑵、由两块同样大小的双折射晶体及一个偏振控制器构成，脉冲经过偏振控制器后，从一块双折射晶体入射，从另一块双折射晶体出射；(3)、由一个环形镜、一个偏振控制器、一个偏振分束器、一个延时器和两个反射镜构成，脉冲从环形镜的输入端入射，从环形镜的输出端出射；⑷、由一个偏振控制器、一个偏振分束器、一个延时器和两个法拉第旋转反射镜构成，脉冲从偏振分束器的一个端口入射，从偏振分束器的另一个端口出射；(5)、由一个偏振控制器、两个偏振分束器、一个延时器及两个反射镜构成，脉冲从一个偏振分束器入射，从另一个偏振分束器出射。(6)、由一个偏振控制器、两个偏振分束器及两个反射镜构成，脉冲从一个偏振分束器入射，从另一个偏振分束器出射；(7)、由一个偏振控制器、两个偏振分束器及四个反射镜构成，脉冲从一个偏振分束器入射，从另一个偏振分束器出射；(8)、由一个偏振控制器、两个粘合在一起的偏振分束器和一个锥形的晶体或玻璃组合而成，脉冲从一个偏振分束器入射，从另一个偏振分束器出射；(9)、由一个偏振控制器、两个粘合在一起的偏振分束器和两个反射镜构成，脉冲从一个偏振分束器入射，从另一个偏振分束器出射。所述偏振控制器为二分之一波片即半波片或者是应力型光纤偏振控制器。所述偏振分束器、偏振控制器、延时器、环形镜、反射镜或法拉第旋转反射镜为空间结构或带尾纤的全光纤结构。本技术的第一级展宽单元对不同偏振态引入的延时很小，一般为1-2个皮秒，对应的空间长度不到I毫米，因此采用基于双折射的脉冲展宽子单元结构，经过三四个子单元结构的叠加，可实现将飞秒脉冲展宽至IOps量级(其中飞秒量级的脉冲经光学器件会发生啁啾脉冲展宽)；第二级展宽单元对不同偏振态引入的延时一般为数十皮秒，常用基于偏振分束器的空间结构，通过精确控制分离后两个互相垂直偏振态脉冲的空间光程差，实现将IOps左右的脉冲展宽至IOOps ;第三级展宽单元对不同偏振态引入的延时较大，常用光纤延时结构，控制延时光纤的长度，引入较大的光程差，实现将IOOps的脉冲展宽至数纳秒量级。本技术的展宽子单元结构可以不断叠加，通过控制每级展宽单元引入的光程差，实现任意间距的脉冲分离展宽功能，可以把脉冲从飞秒/皮秒分离展宽至数十或数百纳秒甚至准连续的长脉冲，利于实现大能量的脉冲放大，提高泵浦光能量利用效率，降低放大脉冲的峰值功率从而避免高峰值功率脉冲对放大介质可能的损伤，同时可减少放大过程的非线性B积分，并抑制放大过程伴生的噪声。本技术优点如下:⑴、与基于光栅、棱镜的传统展宽器相比，本技术的光路结构简单，易于实现，稳定性好。⑵、本技术的光路中，激光脉冲的入射角度为垂直入射或者45度反射，无需精确控制入射角度，降低对准的要求，易于集成。⑶、每级展宽单元的展宽量可通过展宽子单本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曾卓西，杨康文，曾和平，
申请(专利权)人：上海朗研光电科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：
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