一种激光脉冲压缩器及压缩方法技术

本发明专利技术属于激光放大技术领域，激光脉冲压缩器及压缩方法。该压缩方法将待压缩的脉冲入射第一透射光栅并衍射，经其衍射后入射第一棱镜，不同波段的光线在棱镜内发生色散，经过第一棱镜的出射面折射后进入两块棱镜之间的空气隙，再由反向平行放置的第二棱镜接收依次进入第二棱镜和第二透射光栅，经过第二棱镜和第二透射光栅后，光线被准直，最后通过宽带爬低镜将光线按照与原路方向相反的方向返回，再次通过上述由两光栅与棱镜所组成的压缩器并导出。本发明专利技术的压缩方法能有效补偿展宽器与放大器所引入的色散，实现补偿高至四阶色散的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种激光脉冲压缩器及压缩方法
本专利技术涉及激光放大
，特别涉及一种可应用于放大器的啁啾脉冲时域压缩器与压缩方法，其可对啁啾脉冲放大系统的高阶色散进行有效补偿。
技术介绍
1985年G.Mourou等人提出了啁啾脉冲放大(CPA)技术，CPA技术的问世，打破了超快激光能量放大的瓶颈，自此超快超强激光技术进入飞速发展的阶段。在过去30年间，CPA技术的出现和发展使得超快超强激光脉冲的产生成为可能，激光功率不断攀升，拍瓦(PW)量级激光系统不断涌现。这种超快超强激光已经成为前沿学科的重要研究工具，比如探索原子、分子运动规律、实验室天体物理、激光加速器、自由电子激光器等领域。在CPA技术出现以前，除非扩大光斑、增加介质口径，否则很难避免高峰值功率密度的激光对元件造成破坏。在对超短脉冲进行放大时，CPA技术可以不通过增加光束及介质口径，就能避免在介质中产生过高的峰值功率。其实现方法是在放大前先对飞秒或皮秒脉冲引入一定的色散，将脉冲宽度在时域上展宽至皮秒甚至纳秒量级，降低峰值功率，然后再进行放大，这样就降低了元件损伤的风险，等获得了较高的能量以后，再补偿色散，并将脉冲宽度压缩至飞秒量级。利用CPA技术，可以有效地避免放大过程中过高的峰值功率造成的系统元件损伤，也可以避免过高的峰值功率导致增益饱和并产生不利的非线性效应。为了实现压缩脉冲接近其初始宽度，则要求整个脉冲放大系统的色散为零。此时，压缩器需要能补偿展宽器、放大器所引入的色散。系统的剩余色散将导致输出脉冲宽度加宽、对比度急剧下降。因此，在超快光学领域，色散补偿是至关重要的环节。
技术实现思路
本专利技术提供了一种能有效补偿展宽器与放大器所引入的色散，且能补偿高至四阶色散的激光脉冲压缩器与压缩方法。一种激光脉冲压缩方法，包括以下步骤：S1：将激光脉冲导入第一光栅G1，经第一光栅G1发生衍射。S2：将上述衍射后的光线导入第一棱镜P1，使光线在第一棱镜P1的第一折射面P11处发生折射并进入第一棱镜P1内传播；不同波长的光线分别在第一折射面P11表面发生折射并进入第一棱镜P1内传播；光线在第一棱镜P1内传播后达到第一棱镜P1的第二折射面P12，并在第二折射面P12处发生第二次折射后，从第一棱镜P1导出。S3：将由第一棱镜P1导出的光线导入第二棱镜P2，使光线在第二棱镜P2的第三折射面P21处发生折射并进入第二棱镜P2内传播；不同波长的光线分别在第三折射面P21处发生折射并进入第二棱镜P2内传播；光线在第二棱镜P2内传播后达到第二棱镜P2的第四折射面P22，并在第四折射面P22处发生折射后从第二棱镜P2导出。S4：由第二棱镜P2导出的光线入射第二光栅G2，经第二光栅G2衍射，光线被准直。S5：将由第二光栅G2导出的准直的光线反射以按原光路返回，按与S1、S2、S3、S4步骤(S1-S4步骤)所述光路反向地传播，再次通过压缩器以补偿色散而形成超短激光脉冲。其中，所述的按原光路返回，包括两种方式，即：光线逆向传播，以及光线爬高或者爬低之后按照与入射光线平行且相反的方向传播。作为优选，所述S5的步骤通过设置爬低镜将准直的光线向上或向下平移地反射，沿原光路返回并从第一光栅G1导出形成超短脉冲，即上述的第二种方式。这样可以使得激光脉冲在第一光栅上的入射点与出射点不同，从而有利于实现压缩器的入射光与出射光的分离。作为优选，步骤S1中，激光脉冲以入射角θ1入射第一光栅G1。作为优选，该压缩器的变量包括：第一透射光栅G1与第一棱镜P1的第一折射面P11之间的距离h1，第二透射光栅G2与第二棱镜P2的第四折射面P22之间的距离h2，第一棱镜P1与第二棱镜P2之间的距离L(即第二折射面P12与第三折射面P21之间的距离L)，第一棱镜P1与第二棱镜P2的顶角角度α，第一棱镜P1与第二棱镜P2材质的折射率，入射角θ1的大小，以及第一棱镜P1与第二棱镜P2的顶点之间的距离O1O2。通过对上述变量中的至少一个进行调节从而对该压缩方法的色散量行调节，实现压缩的同时补偿色散的目的。在上述各变量中，一般将第一棱镜P1与第二棱镜P2的顶角角度α，以及第一棱镜P1与第二棱镜P2材质的折射率，称为设计变量，其在压缩器选型完成后相对固定。压缩器调节时主要通过对除设计变量以外的其他变量进行调节从而对该压缩方法的色散量进行调节，实现压缩的同时补偿色散的目的。其中，顶角角度α是指第一折射面P11与第二折射面P12之间的夹角和第三折射面P21与第四折射面P22之间的夹角；距离O1O2是指实际使用时第一顶点O1与第二顶点O2之间的距离。作为优选，所述第一光栅G1与第二光栅G2均为透射式光栅，第一透射光栅G1与第二透射光栅G2的刻线方向平行地设置，两者的刻线密度相同。作为优选，待压缩的激光脉冲的偏振方向与两个透射光栅的刻线方向垂直。作为优选，所述第一棱镜P1与第二棱镜P2的材质相同，顶角角度α相同。作为优选，在步骤S5中，准直的光线不是被反射而沿原光路返回；而是通过另外的两个光栅与棱镜所组成的系统，使得光线按与S1-S4步骤所述光路相反地传播，再次通过另一对称设置的压缩器以补偿色散而形成超短脉冲。一种激光脉冲压缩器，其包括：第一透射光栅G1；第一棱镜P1，所述第一棱镜P1包括相交的第一折射面P11与第二折射面P12，第一折射面P11与第二折射面P12的夹角为α；第二棱镜P2，第二棱镜P2包括相交的第四折射面P22与第三折射面P21，第四折射面P22与第三折射面P21的夹角为α；以及，第二透射光栅G2。所述第一透射光栅G1、第一棱镜P1、第二棱镜P2以及第二透射光栅G2间隔地设置；所述第一棱镜P1与第二棱镜P2以中心对称的方式设置，且第一棱镜P1的第二折射面P12与第二棱镜P2的第三折射面P21平行地设置；所述第一透射光栅G1平行地设置于第一棱镜P1的第一折射面P11的外侧，第二透射光栅G2平行地设置于第二棱镜P2的第四折射面P22的外侧。激光脉冲依次经第一透射光栅G1、第一棱镜P1、第二棱镜P2与第二透射光栅G2后导出，形成准直的光线。该压缩器还包括爬低镜RM，其设置于第二光栅G2外侧，以将准直的光线按原光路返回，再次通过压缩器。作为优选，所述第一透射光栅G1与第二透射光栅G2均为透射式光栅，第一透射光栅G1与第二透射光栅G2的刻线方向平行地设置，两者的刻线密度相同。作为优选，该压缩器的变量包括：第一透射光栅G1与第一折射面P11之间的距离h1，第二透射光栅G2与第四折射面P22之间的距离h2，第一棱镜P1与第二棱镜P2之间的距离L，入射角θ1，第一棱镜P1与第二棱镜P2的顶角角度α，第一棱镜P1与第二棱镜P2材质的折射率，以及第一棱镜P1与第二棱镜P2的顶点之间的距离O1O2。作为优选，所述第一棱镜P1与第二棱镜P2的材质相同，顶角角度α相同。一种激光脉冲压缩器，包括第一压缩组件与第二压缩组件，第一压缩组件与第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光脉冲压缩方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：将激光脉冲导入第一光栅，经第一光栅的作用而发生衍射；/nS2：将衍射后的光线导入第一棱镜，光线在第一棱镜的第一折射面处发生折射并进入第一棱镜内传播；光线在第一棱镜内传播后达到第一棱镜的第二折射面，在第二折射面处第二次折射后从第一棱镜导出；/nS3：将由第一棱镜导出的光线导入第二棱镜，光线在第二棱镜的第三折射面处发生折射并进入第二棱镜内传播；光线在第二棱镜内传播后达到第二棱镜的第四折射面，在第四折射面处折射后从第二棱镜导出；/nS4：由第二棱镜导出的光线入射第二光栅，经第二光栅衍射，光线被准直；/nS5：将由第二光栅导出的准直的光线反射以沿原光路返回，并按与S1-S4所述光路相反地传播。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光脉冲压缩方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将激光脉冲导入第一光栅，经第一光栅的作用而发生衍射；
S2：将衍射后的光线导入第一棱镜，光线在第一棱镜的第一折射面处发生折射并进入第一棱镜内传播；光线在第一棱镜内传播后达到第一棱镜的第二折射面，在第二折射面处第二次折射后从第一棱镜导出；
S3：将由第一棱镜导出的光线导入第二棱镜，光线在第二棱镜的第三折射面处发生折射并进入第二棱镜内传播；光线在第二棱镜内传播后达到第二棱镜的第四折射面，在第四折射面处折射后从第二棱镜导出；
S4：由第二棱镜导出的光线入射第二光栅，经第二光栅衍射，光线被准直；
S5：将由第二光栅导出的准直的光线反射以沿原光路返回，并按与S1-S4所述光路相反地传播。


2.根据权利要求1所述的激光脉冲压缩方法，其特征在于，所述步骤S5通过设置爬低镜将准直的光线向上或向下平移地反射，沿原光路返回并从第一光栅导出形成超短脉冲。


3.根据权利要求1或2所述的激光脉冲压缩方法，其特征在于，步骤S1中，激光脉冲以入射角为θ1入射第一光栅；
该压缩方法的变量包括：第一光栅与第一折射面之间的距离h1，第二光栅与第四折射面之间的距离h2，第一棱镜与第二棱镜之间的距离L，入射角θ1，第一棱镜与第二棱镜的顶角角度α，第一棱镜与第二棱镜材质的折射率，以及第一棱镜与第二棱镜的顶点之间的距离O1O2；
通过对上述变量中的至少一个进行调节从而对该压缩方法的色散补偿进行调节，实现色散补偿的目的。


4.根据权利要求1或2所述的激光脉冲压缩方法，其特征在于，所述第一光栅与第二光栅均为透射式光栅，第一透射光栅与第二透射光栅的刻线方向平行地设置，两者的刻线密度相同；待压缩的激光脉冲的偏振方向与两个透射光栅的刻线方向垂直；
所述第一棱镜与第二棱镜的材质相同，顶角角度α相同。


5.根据权利要求1或2所述的激光脉冲压缩方法，其特征在于，在步骤S5中，准直的光线不是被反射而沿原光路返回，而是通过另外的两个光栅与棱镜所组成的系统，使得光线按与S1-S4步骤所述光路相反地传播。


6.一种激光脉冲压缩器，其特征在于，包括：
第一光栅，
第一棱镜，所述第一棱镜包括相交的第一折射面与第二折射面...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨浩，吕仁冲，滕浩，朱江峰，魏志义，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61