多级超短脉冲激光分步压缩系统技术方案

本发明专利技术属于光学领域，具体涉及一种多级超短脉冲激光分步压缩系统。该系统包括超短激光脉冲发射器、一级压缩装置以及二级压缩装置；一级压缩装置包括沿超短激光脉冲发射器出射光路依次设置的脉冲展宽器、预放大器、色散量补偿元件、第一准直透镜、一级体啁啾光栅；二级压缩装置包括沿一级压缩装置衍射光路依次设置的聚焦透镜、主放大器、第二准直透镜以及二级体啁啾光栅；该系统利用多块体光栅实现了对任意展宽量的激光脉冲进行分步压缩，同时大大减小最终输出高能激光的压缩损耗量的多级超短脉冲激光分步压缩系统。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于光学领域，具体涉及一种多级超短脉冲激光分步压缩系统。该系统包括超短激光脉冲发射器、一级压缩装置以及二级压缩装置；一级压缩装置包括沿超短激光脉冲发射器出射光路依次设置的脉冲展宽器、预放大器、色散量补偿元件、第一准直透镜、一级体啁啾光栅；二级压缩装置包括沿一级压缩装置衍射光路依次设置的聚焦透镜、主放大器、第二准直透镜以及二级体啁啾光栅；该系统利用多块体光栅实现了对任意展宽量的激光脉冲进行分步压缩，同时大大减小最终输出高能激光的压缩损耗量的多级超短脉冲激光分步压缩系统。【专利说明】多级超短脉冲激光分步压缩系统
本专利技术属于光学领域，具体涉及一种多级超短脉冲激光分步压缩系统。
技术介绍
超短脉冲高能激光一般由多级激光放大器结合啁啾脉冲放大技术来获得。这种啁啾脉冲放大技术路线包括了激光脉冲的产生，脉冲的展宽，脉冲能量放大和脉冲的压缩，其中脉冲放大这一环节包括多个放大分支，这些分支串行分步于这个技术路线的各个环节，起到对激光脉冲逐级逐渐放大的作用。而路线中的展宽环节和最后的压缩环节是前后呼应的两套装置，前者实现对脉冲在时间上的拉伸，产生长脉冲；后者提供相反的功能，将长脉冲在时域压缩至最短的状态。在脉冲的展宽和压缩阶段，需要具有较大色散量的衍射光学元件。啁啾脉冲放大系统目前普遍采取的做法是采用衍射光栅对或啁啾光纤光栅作为脉冲展宽器，这种色散管理元件利用对不同波长的光场的衍射角度或衍射先后次序的不同等特征来实现脉冲不同波长在时间上的延迟。与之对应的脉冲压缩器由于要承受放大后的高能激光，无法再采用光纤结构的光栅来实现，传统的做法是采用反射式衍射光栅或透射式衍射光栅来对激光束进行空间上的延迟，实现色散补偿。但是这种多个元器件组成的空间光路结构对光束入射角敏感、对振动敏感，且调节过程十分不易，因而不是一种适合工业界复杂环境使用的脉冲压缩装置。近年来发展起来了体啁啾光栅这种衍射光学元件，它是一种固体透明器件，可以有较大的通光孔径接受高能激光，同时具有色散补偿功能，且使用方法简单，容易装调。体啁啾光栅是固定色散量的器件，其能够提供的脉冲压缩量在光栅生产出来后就固定不变了，且体光栅目前所能提供的时间展宽(压缩)量有限，一般不超过500ps，所以对于较宽的展宽脉冲(> 500ps)，须使用多个体光栅对其进行压缩。然而每个体光栅对入射到其中的光都有一定的衍射损耗和材料吸收损耗(损耗共计约40%)，倘若使用多个体光栅，压缩器总体的损耗会随着体光栅数量的增加而翻倍增加，这就大大降低了激光系统的整体效率。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中的缺陷，本专利技术提出了一种利用多块体光栅实现了对任意展宽量的激光脉冲进行分步压缩，同时大大减小最终输出高能激光的压缩损耗量的多级超短脉冲激光分步压缩系统。本专利技术的具体技术方案是:一种多级超短脉冲激光分步压缩系统，其特征在于:包括超短激光脉冲发射器、一级压缩装置以及二级压缩装置；所述一级压缩装置设置在超短激光脉冲发射器的出射光路上；所述二级压缩装置设置在一级压缩装置的衍射光路上；所述超短激光脉冲发射器的出射光路和一级压缩装置的衍射光路之间的夹角为θ ； Θ的取值范围是0° < Θ <6° ；所述一级压缩装置包括沿超短激光脉冲发射器出射光路依次设置的脉冲展宽器、预放大器、色散量补偿元件、第一准直透镜、一级体啁啾光栅；所述二级压缩装置包括沿一级压缩装置衍射光路依次设置的聚焦透镜、主放大器、第二准直透镜以及二级体啁啾光栅。上述脉冲展宽器是由啁啾光纤光栅和光环形器组成，所述光环形器设置有三个端口分别与啁啾光纤光栅、超短激光脉冲发射器以及预放大器连接。上述预放大器包括一级放大器、二级放大器以及连接一级放大器和二级放大器的色散量补偿元件。上述一级放大器为单模光纤放大器；所述二级放大器是由泵浦合束器和双包层掺镱光纤组成。上述色散量补偿元件为石英光纤。本专利技术的优点在于:1、本专利技术采用多个体啁啾光栅分级对激光脉冲进行压缩，大大减少了最终输出高能激光的压缩损耗量。2、本专利技术中预放大器采用两级光纤放大器，确保了系统能输出激光脉冲的能量。3、本专利技术采用色散量补偿元件，确保了系统的脉冲展宽量和压缩量完全匹配。4、本专利技术中经过体啁啾光栅的入射光路和出射光路之间的夹角为0°?6°之间，确保了啁啾光栅衍射出来的光束以不同于入射光路的方向输出。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术的系统结构示意图。 图2采用两级体光栅分步压缩后的激光脉冲自相关曲线波形图。附图标记如下:1-超短激光发射器、2-脉冲展宽器、3-啁啾光纤光栅、4-光环形器、5- —级放大器、6-色散量补偿元件、7- 二级放大器、8- —级体啁啾光栅、9-聚焦透镜、10-第一准直透镜、11-主放大器、12-第二准直透镜、13- 二级体啁啾光栅。【具体实施方式】本专利技术提出了一种基于体啁啾光栅的高效、高集成度的超短脉冲激光分步压缩系统的搭建，验证了多块体啁啾光栅实现对任意脉宽的展宽脉冲进行高效压缩。以下对本专利技术进行详细描述:一种多级超短脉冲激光分步压缩系统，包括超短激光脉冲发射器1、一级压缩装置14以及二级压缩装置15 ;其中，一级压缩装置14设置在超短激光脉冲发射器I的出射光路上；其中，二级压缩装置15设置在一级压缩装置14的衍射光路上；超短激光脉冲发射器I的出射光路和一级压缩装置14的衍射光路之间的夹角为θ ； Θ的取值范围是0° < Θ< 6° ;进一步说，一级压缩装置14包括沿超短激光脉冲发射器I出射光路依次设置的脉冲展宽器2、预放大器、色散量补偿元件6、第一准直透镜10、一级体啁啾光栅8 ；进一步说，二级压缩装置15包括沿一级压缩装置14衍射光路依次设置的聚焦透镜9、主放大器11、第二准直透镜12以及二级体啁啾光栅13。其中，脉冲展宽器2是由啁啾光纤光栅3和光环形器4组成，光环形器4设置有三个端口分别与啁啾光纤光栅3、超短激光脉冲发射器I以及预放大器连接。预放大器包括一级放大器5、二级放大器7以及连接一级放大器5和二级放大器7的色散量补偿元件6。进一步说，上述的一级放大器5为单模光纤放大器；二级放大器7是由泵浦合束器和双包层掺镱光纤组成；色散量补偿兀件6为石英光纤；专利技术人提供了如附图1所示的多级超短脉冲激光分步压缩系统，该系统中超短激光脉冲发射器I采用锁模光纤激光器，主放大器11采用Yb =YAG固体激光放大模块；通过该系统进行了以下试验:该系统的原始脉冲由锁模光纤激光器产生，这种锁模光纤激光器为全光纤结构，从输出端尾纤输出的激光重复频率50MHz，脉宽约400fs，中心波长1053nm，平均功率lmw。发射出的激光脉冲直接通过光纤熔接的方式被输送到脉冲展宽器。脉冲展宽器2是由啁啾光纤光栅3和光环形器4组成，啁啾光纤光栅3为反射式光栅，与光环形器4熔接在一起使用，光环形器4有三个端口，A端连接超短激光脉冲发射器1(锁模光纤激光器)的端口，接收来自超短激光脉冲发射器I (锁模光纤激光器)的光信号端为连接啁啾光纤光栅3的端口，接收来自啁啾光纤光栅3的反射光；C端为反射光输出端，也就是将展宽后的脉冲输出。经过展宽后的光脉冲宽度达到约700ps，但能量较低，要经过光纤放大器进行能量的提升。因此，在本系统中采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多级超短脉冲激光分步压缩系统，其特征在于：包括超短激光脉冲发射器、一级压缩装置以及二级压缩装置；所述一级压缩装置设置在超短激光脉冲发射器的出射光路上；所述二级压缩装置设置在一级压缩装置的衍射光路上；所述超短激光脉冲发射器的出射光路和一级压缩装置的衍射光路之间的夹角为θ；θ的取值范围是0°＜θ＜6°；所述一级压缩装置包括沿超短激光脉冲发射器出射光路依次设置的脉冲展宽器、预放大器、色散量补偿元件、第一准直透镜、一级体啁啾光栅；所述二级压缩装置包括沿一级压缩装置衍射光路依次设置的聚焦透镜、主放大器、第二准直透镜以及二级体啁啾光栅。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨直，张挺，王屹山，李峰，杨小君，赵卫，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61