一种超短激光脉冲串的产生装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超短激光脉冲串的产生装置，通过拍频系统对包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串进行拍频，得到包括多个具有准正弦调制特性的微脉冲的超短激光脉冲串，通过调整优化多个子脉冲的时间间隔，最终产生的超短激光脉冲串可以实现堆叠效果，以此驱动光阴极电子枪产生相应的电子束团。本发明专利技术提供的技术方案能够有效降低单个微脉冲内的电荷量，从而有效降低空间电荷排斥力而获得短长度的微脉冲，能够有效降低电子束团长度，进而提高电子束团的群聚因子，相应的有效提高太赫兹相干辐射功率。

A Generator of Ultrashort Laser Pulse Series

The invention discloses a device for generating ultra-short laser pulse train. By beating the laser pulse train including several sub-pulses with chirp characteristics by a beat frequency system, the ultra-short laser pulse train including multiple micro-pulses with quasi-sinusoidal modulation characteristics can be obtained. By adjusting and optimizing the time interval of multiple sub-pulses, the ultra-short laser pulse train generated can be stacked. As a result, the photocathode electron gun is driven to generate corresponding electron beam clusters. The technical scheme provided by the invention can effectively reduce the charge amount in a single micro-pulse, thereby effectively reduce the space charge repulsion force and obtain short-length micro-pulse, effectively reduce the length of the electron beam cluster, thereby improving the clustering factor of the electron beam cluster, and correspondingly effectively improve the terahertz coherent radiation power.

【技术实现步骤摘要】
一种超短激光脉冲串的产生装置
本专利技术涉及加速器及自由电子激光
，更为具体的说，涉及一种超短激光脉冲串的产生装置。
技术介绍
太赫兹波段是指频率在0.1THz-10THz的电磁波，由于其具有穿透性、低光子能量、高带宽、谱指纹特性、超快特性等诸多优点和独特优势，对于研究材料科学和物质科学的意义非常重大。发展满足应用需求的太赫兹辐射源是相关领域的研究热点。目前太赫兹光的产生包括利用超快脉冲激发产生的宽频辐射、基于电子束激发的可调谐单频辐射等。其中，利用超快脉冲产生的宽频辐射受到越来越广泛的关注并日趋成熟；基于电子束激发的太赫兹辐射源中，通过相对论电子束经过波荡器进行周期性扭摆运动而产生的辐射源称为太赫兹自由电子激光(Terahertz–FreeElectronLaser，THz-FEL)。THz-FEL不仅可以获得窄带宽的相干太赫兹光，而且是目前可以获得THz高输出功率的辐射源，此外这类相干光源还具有波长在大范围内连续可调、波束质量好、光脉冲时间结构精细而且可调等突出优点，在太赫兹
及其应用研究中，发挥着重要作用，一直为国内外的研究热点。THz-FEL可分为振荡器型(Oscillator)和单次通过型(Single-pass)两种。其中，单次通过型THz-FEL利用单个超短电子束(或束团串)在波荡器中直接产生相干辐射，可以克服振荡器型THz-FEL在产生长波长THz辐射所面临的衍射、滑移等物理效应的不利影响，正受到越来越广泛的重视。单次通过型THz-FEL的太赫兹辐射源功率与电子脉冲的电荷量及群聚因子的平方成正比。对于单脉冲电子束，以高斯分布为例，群聚因子表示为：其中ω为辐射的角频率，σt为电子脉冲时间长度。可以看出，要产生高群聚因子：电子脉冲长度应尽可能短，辐射的角频率ω越高，电子脉冲长度应越短。产生高功率辐射要求电子束的电荷量尽可能高、电子束的长度尽可能短。但由于空间电荷排斥力的存在，电荷量越大，电子束的长度往往越长。而利用电子脉冲串代替单个脉冲，通过将电荷量分摊至由一串等间隔的微脉冲组成的电子束团之中，可有效地降低空间电荷排斥力对于获得短脉冲长度电子束束团的限制。对于由一串等间隔的微脉冲组成的电子脉冲串，同样以微脉冲为高斯分布为例，群聚因子可表示为：其中Δt为微脉冲之间的时间间隔。群聚因子将共振于一系列的共振频率ωm＝2mπ/Δt，m＝1时为一阶共振频率，m＝2时为二阶共振频率，以此类推。电子束团内微脉冲个数越多，单个微脉冲的电荷量越小，微脉冲长度则可以越短，最终就可以得到更高的群聚因子。在THz-FEL装置中，电子束团可由驱动激光脉冲串激发光阴极电子枪而产生，电子束团的初始参数由驱动激光脉冲串的参数决定，后续电子束团参数的演化与空间电荷效应、电子枪内电场参数等息息相关。其中，在电子束团加速至相对论速度过程中，空间电荷效应的影响占主导地位。因此，想要获得超短电子束团，根源在于获取超短激光脉冲串，而获取超短激光脉冲串的方法也是基于“分摊电荷量”的原理，将激光脉冲包含的电荷量分摊到包含多个微脉冲的激光脉冲串中，从而降低单个微脉冲的电荷量以克服空间电荷效应引起的电子束微脉冲长度的增长。产生超短激光脉冲串的主流方法有脉冲堆积法和拍频法两种。其中，脉冲堆积的方法光路复杂，影响因素众多；同时色散效应强，会导致激光脉冲宽度变宽，色散补偿难度大。拍频法可以有效克服脉冲堆积法的上述不足，但拍频法得到的微脉冲个数与展宽量和拍频频率相关，且存在微脉冲个数偏少的问题，尤其是低频段微脉冲个数明显不足；而如果通过增大展宽量来获取较多的微脉冲个数，将会导致微脉冲宽度变宽致使群聚因子降低的负面效应，难以有效降低电子束团长度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种超短激光脉冲串的产生装置，有效克服现有拍频法产生的超短激光脉冲串的微脉冲个数偏少的问题，能够有效降低电子束团长度，进而有效提高太赫兹相干辐射功率。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种超短激光脉冲串的产生装置，包括：激光脉冲串生成系统，所述激光脉冲串生成系统用于生成包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串，其中，每一所述子脉冲的脉冲宽度一致；以及，拍频系统，所述拍频系统用于对所述激光脉冲串进行拍频，得到包含多个微脉冲的超短激光脉冲串。相较于现有技术，本专利技术提供的技术方案至少具有以下优点：本专利技术提供了一种超短激光脉冲串的产生装置，通过拍频系统对包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串进行拍频，得到包括多个具有准正弦调制特性的微脉冲的超短激光脉冲串，通过调整优化多个子脉冲的时间间隔，最终产生的超短激光脉冲串可以实现堆叠效果，以此驱动光阴极电子枪产生相应的电子束团。本专利技术提供的技术方案能够有效降低单个微脉冲内的电荷量，从而有效降低空间电荷排斥力而获得短长度的微脉冲，能够有效降低电子束团长度，进而提高电子束团的群聚因子，相应的有效提高太赫兹相干辐射功率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的一种超短激光脉冲串的产生方法的流程图；图2为本申请实施例提供的另一种超短激光脉冲串的产生方法的流程图；图3为本申请实施例提供的又一种超短激光脉冲串的产生方法的流程图；图4为本申请实施例提供的又一种超短激光脉冲串的产生方法的流程图；图5为本申请实施例提供的又一种超短激光脉冲串的产生方法的流程图；图6为本申请实施例提供的拍频频率为0.7THz的条件下得到的超短激光脉冲串的示意图；图7为本申请实施例提供的拍频频率为1.0THz的条件下得到的超短激光脉冲串的示意图；图8为本申请实施例提供的拍频频率为1.5THz的条件下得到的超短激光脉冲串的示意图；图9为现有技术提供的拍频频率为0.7THz、1.0THz和1.5THz的条件下得到的超短激光脉冲串的示意图；图10为本申请实施例提供的一种超短激光脉冲串的产生装置的结构示意图；图11为本申请实施例提供的另一种超短激光脉冲串的产生装置的结构示意图；图12为本申请实施例提供的又一种超短激光脉冲串的产生装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。正如
技术介绍
所述，在THz-FEL装置中，电子束团可由驱动激光脉冲串激发光阴极电子枪而产生，电子束团的初始参数由驱动激光脉冲串的参数决定，后续电子束团参数的演化与空间电荷效应、电子枪内电场参数等息息相关。其中，在电子束团加速至相对论速度过程中，空间电荷效应的影响占主导地位。因此，想要获得超短电子束团，根源在于获取超短激光脉冲串，而获取超短激光脉冲串的方法也是基于“分摊电荷量”的原理，将激光脉冲包含的电荷量分摊到包含多个微脉冲的激光脉冲串中，从而降低单个微脉冲的电荷量以克服空间电荷效应引起的电子束微脉冲长度的增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超短激光脉冲串的产生装置，其特征在于，包括：激光脉冲串生成系统，所述激光脉冲串生成系统用于生成包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串，其中，每一所述子脉冲的脉冲宽度一致；以及，拍频系统，所述拍频系统用于对所述激光脉冲串进行拍频，得到包含多个微脉冲的超短激光脉冲串。

【技术特征摘要】
1.一种超短激光脉冲串的产生装置，其特征在于，包括：激光脉冲串生成系统，所述激光脉冲串生成系统用于生成包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串，其中，每一所述子脉冲的脉冲宽度一致；以及，拍频系统，所述拍频系统用于对所述激光脉冲串进行拍频，得到包含多个微脉冲的超短激光脉冲串。2.根据权利要求1所述的超短激光脉冲串的产生装置，其特征在于，所述激光脉冲串生成系统包括：第二激光脉冲生成单元，所述第二激光脉冲生成单元用于生成包括多个子脉冲的第二激光脉冲；以及，啁啾展宽单元，所述啁啾展宽单元用于对所述第二激光脉冲进行啁啾展宽，形成包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串。3.根据权利要求2所述的超短激光脉冲串的产生装置，其特征在于，所述第二激光脉冲生成单元包括：一激光源，所述激光源用于输出第一激光脉冲；设置于所述激光源光路上的激光分束模块，所述激光分束模块用于对所述第一激光脉冲分束处理得到多个子脉冲；以及，设置于所述激光分束模块光路上的合束模块，所述合束模块用于对所有子脉冲合束，形成包括多个子脉冲的第二激光脉冲。4.根据权利要求3所述的超短激光脉冲串的产生装置，其特征在于，所述激光分束模块用于对所述第一激光脉冲进行至少一次分束，其中，所述激光分束模块包括：分束子系统，所述分束子系统包括第一级分束子模块至第N级分束子模块，每一级分束子模块包括至少一个分束镜，且第i级分束子模块的至少一个分束镜的至少一路分束光路上，对应设置有第i+1级分束子模块一分束镜，N为大于0的整数，i为不大于N的正整数；以及，第一反射模块，所述第一反射模块用于将所述分束子系统输出的多个子脉冲传输至所述合束模块。5.根据权利要求3所述的超短激光脉冲串的产生装置，其特征在于，所述激光分束模块用于对对所述第一激光脉冲进行至少一次分束并合束操作后再次分束，其中，所述激光分束模块包括：第一级分束合束子模块至第N级分束合束子模块，及设置于所述第N级分束合束子模块的光路上的分束子模块，每一级分束合束子模块包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：何志刚，汪文星，陆亚林，王琳，杨萌萌，黄秋萍，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34