产生高重复频率超短超强激光脉冲列的装置和方法制造方法及图纸

一种产生高重复频率超短超强激光脉冲列的装置，包括锁模脉冲列自锁模钛宝石激光振荡器、法拉第光隔离器、无像差激光脉冲展宽器、钛宝石再生放大器、激光脉冲数量选择器、多程钛宝石激光放大器链、抽运激光器和真空室中的光栅对脉冲压缩器，放大器泡克耳斯盒一个电极上施加由第一驱动器驱动的第一直流高压电源的直流高压电信号，另一个电极上施加由第二驱动器驱动的第二直流高压电源输出的直流高压电信号，一同步信号通过第一同步延时器输入第一驱动器和第二驱动器分别控制第一直流高压电源和第二直流高压电源的工作。本发明专利技术可以输出有限个的激光脉冲列，且输出单脉冲操作与高重复频率多脉冲操作之间可切换，既增加激光装置的功能，又提升性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超短超强激光脉冲，特别是一种。
技术介绍
当前国际上基于啁啾脉冲放大(以下简称为CPA)技术建成的超短超强台式化激光装置，大多以钛宝石激光系统为主。基于CPA技术建立的超短超强钛宝石激光装置的技术已很成熟，其整体结构已形成标准化由自锁模激光振荡器，法拉第(Faraday)光隔离器，激光脉冲展宽器，钛宝石再生放大器(能输出10Hz或高至百kHz级激光脉冲)，单脉冲选择器，多程钛宝石激光放大器链和输出重复频率10Hz、脉宽数纳秒(ns)的多台532nm抽运激光器，以及真空室中的光栅对脉冲压缩器等主要部件组成，当前它所输出的超短超强激光脉冲的脉宽＞20飞秒(fs)，峰值功率已接近拍瓦(PW，1015W)，激光脉冲重复频率大多为10赫兹(Hz)或单发(即每几分钟或几十分钟发射一个激光脉冲)；重复频率千赫兹(kHz)级的小型化钛宝石激光系统，自T.B.Norris 1992年获得250-400kHz重复频率激光脉冲以来，尚未有超过这个重复频率的报道(Optics Letters，1992年，17卷，1009-1011页)。至今1kHz级的激光脉冲的峰功率最高约为1太瓦(TW，1012W；V.Bagnoud et al.，Applied Physics B，2000年，70卷(Suppl.)，S165-S170页)。这些超短超强激光，为人类提供了前所未有的全新的强场超快实验手段与极端物理条件，并由此开创了强场激光物理这一崭新的前沿研究领域。然而在一些应用领域中，既需要高功率激光脉冲，又要求激光脉冲有很高的重复频率，但至今尚未开发出重复频率高达兆赫兹(MHz，106Hz)以上且每个激光脉冲峰值功率达到1TW的超短超强激光脉冲装置。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有的超短超强钛宝石激光装置，提出一种，该激光装置应能够在有限时间段内输出重复频率达100MHz、每个激光脉冲峰值功率为1TW、脉冲宽度为数十fs的超短脉冲列。本专利技术的技术解决方案如下一种产生高重复频率超短超强激光脉冲列的装置，包括能够产生～80兆赫兹、10-20飞秒、数纳焦耳的锁模脉冲列自锁模钛宝石激光振荡器、法拉第光隔离器、无像差激光脉冲展宽器、钛宝石再生放大器、激光脉冲数量选择器、多程钛宝石激光放大器链、输出重复频率、脉宽数纳秒的多台532nm抽运激光器和真空室中的光栅对脉冲压缩器，所述的钛宝石再生放大器由起偏振器、法拉第旋光器、检偏振器、放大器泡克耳斯盒、第一全反射镜、钛宝石和第二全反射镜构成；所述的激光脉冲数量选择器依次由起偏振器、选择器泡克耳斯盒和检偏振器构成，其特征在于所述的放大器泡克耳斯盒一个电极上施加由第一驱动器驱动的第一直流高压电源的直流高压电信号，该放大器泡克耳斯盒的另一个电极上施加由第二驱动器驱动的第二直流高压电源输出的直流高压电信号，一同步信号通过第一同步延时器输入第一驱动器和第二驱动器分别控制第一直流高压电源和第二直流高压电源的工作；所述的选择器泡克耳斯盒的一个电极上施加由第三驱动器驱动的第三直流高压电源的直流高压电信号，该选择器泡克耳斯盒的另一个电极上施加由第四驱动器驱动的第四直流高压电源的直流高压电信号，所述的同步信号通过第二同步延时器输入第三驱动器和第四驱动器分别控制第三直流高压电源和第四直流高压电源的工作，提供一个开放时间宽度可调的时间门。所述的钛宝石再生放大器中第二全反射镜具有移动机构，以调节钛宝石再生放大器的腔长控制激光系统输出的激光脉冲列中相邻啁啾激光脉冲的时间间隔ττ＝2L/c，其中L为钛宝石再生放大器的有效光程长，c为光速。所述的激光晶体增益介质还可为掺铬镁橄榄石晶体、Cr:LiSAF、Cr:LiCAF、Yb:YAG或Nd:glass。所述的激光装置产生高重复频率超短超强激光脉冲序列的方法包括下列步骤由连续二极管激光器抽运的Nd:YVO4激光器的倍频光，532nm抽运的自锁模钛宝石激光振荡器产生～80兆赫兹、10-20飞秒、数纳焦耳的锁模激光脉冲列；该锁模激光脉冲列通过法拉第光隔离器，进入无像差的ffner激光脉冲展宽器，将10-20飞秒的激光脉冲展宽成几百皮秒的啁啾激光脉冲；所述的钛宝石再生放大器由重复频率10赫兹、脉宽5-10纳秒的532纳米抽运激光器抽运，展宽后的啁啾激光脉冲被引向所述的钛宝石再生放大器，其中一个啁啾激光脉冲在该钛宝石再生放大器的腔内多次往复被放大，获得106的增益，单脉冲能量从纳焦耳放大到毫焦耳量级；然后当腔内脉冲能量达到最大的时刻，按所需分出能量的比例，在放大器泡克耳斯盒上施加相应的电压使腔内的啁啾激光脉冲分出一部分能量，向腔外输出一个啁啾激光脉冲；而腔内余下的啁啾激光脉冲继续在腔中放大，往复一次就接连输出一个啁啾激光脉冲，直至腔内能量被消耗尽为止，这样，钛宝石再生放大器就以10赫兹的重复率运行，每次输出时间间隔相等、强度接近的有限个数的一列啁啾激光脉冲，该输出的啁啾激光脉冲列的脉冲间的间隔的重复频率＞100赫兹； 该输出的啁啾激光脉冲列通过后续的激光脉冲数量选择器来选取所需啁啾激光脉冲的个数并提高信噪比，所选啁啾激光脉冲相继经过532nm激光器抽运的多程钛宝石激光放大器链放大到所需的能量水平后，由真空室中的光栅对脉冲压缩器压缩啁啾激光脉冲宽度达到几十飞秒，此时每个单脉冲峰值功率可达1TW以上。所述的钛宝石再生放大器的工作流程为从t0时刻开始，532nm激光抽运钛宝石再生放大器，同时在放大器泡克耳斯盒的电极上施加上电压V1＝Vλ/4，其中Vλ为放大器泡克耳斯盒对应于钛宝石激光波长800nm的全波电压值，此时放大器泡克耳斯盒相当于一1/4波片，使得钛宝石再生放大器腔内不能形成激光自由振荡和放大；当被挑选的一个种子啁啾激光脉冲通起偏振器、法拉第旋光器、检偏器注入到钛宝石再生放大器中，通过放大器泡克耳斯盒并且被第一全反射镜反射再次通过放大器泡克耳斯盒后，激光的偏振方向旋转90°的此时刻定为t1，立即使放大器泡克耳斯盒上的电压退为0；该种子啁啾激光脉冲被检偏器全反射，被钛宝石放大，由第二全反射镜反射后又再一次通过钛宝石放大，该种子啁啾激光脉冲又被检偏器全反射，又通过放大器泡克耳斯盒两次，由于放大器泡克耳斯盒上已没有电压，种子啁啾激光脉冲的偏振方向没有改变，这样，再生放大器腔所俘获的种子啁啾激光脉冲在腔内来回振荡得到多次放大，该种子啁啾激光脉冲被放大到到最大增益的t2时刻，在放大器泡克耳斯盒电极上加上V2＝-Vλ/8，使得放大后的激光脉冲在来回通过放大器泡克耳斯盒两次以后偏振方向发生了变化，不再是线偏振光，而变为圆偏振光，此圆偏振光射在检偏器时分成两个偏振分量s1与p1，其中p1分量通过检偏器被导出腔外，s1分量被反射继续滞留在腔内经钛宝石放大两次又得到增益，s1脉冲再次通过泡克耳斯盒两次后又变为圆偏振光，该圆偏振光的p2分量又被导出腔外，s2分量继续滞留在腔内放大，这样反复多次，该钛宝石再生放大器可以输出一列强度递减、时间间隔相等的啁啾激光脉冲(P1，P2……Pn)，直至再生放大器腔内的能量被耗尽，该输出的啁啾激光脉冲列经过法拉第旋光器，由起偏器偏离原来入射光的方向输出。本专利技术的技术效果试验表明，利用本专利技术的装置和方法可以输出重复频率＞100MHz、几十fs、功率TW级本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生高重复频率超短超强激光脉冲列的装置，包括能够产生～８０兆赫兹、１０－２０飞秒、数纳焦耳的锁模脉冲列自锁模钛宝石激光振荡器（１）、法拉第光隔离器（２）、无像差激光脉冲展宽器（３）、钛宝石再生放大器（４）、激光脉冲数量选择器（５）、多程钛宝石激光放大器链（６）、输出重复频率１０Ｈｚ、脉宽数纳秒的多台５３２ｎｍ抽运激光器（７）和真空室中的光栅对脉冲压缩器（８），所述的钛宝石再生放大器（４）由起偏振器（４１）、法拉第旋光器（４２）、检偏振器（４３）、放大器泡克耳斯盒（４４）、第一全反射镜（４５）、钛宝石（４６）和第二全反射镜（４７）构成；所述的激光脉冲数量选择器（５）依次由起偏振器（５１１）、选择器泡克耳斯盒（５１）和检偏振器（５１２）构成，其特征在于：所述的放大器泡克耳斯盒（４４）一个电极上施加由第一 驱动器（４４３）驱动的第一直流高压电源（４４４）的直流高压电信号，该放大器泡克耳斯盒（４４）的另一个电极上施加由第二驱动器（４４９）驱动的第二直流高压电源（４４８）输出的直流高压电信号，一同步信号（４４１）通过第一同步延时器（４４２）输入第一驱动器（４４３）和第二驱动器（４４９）分别控制第一直流高压电源（４４４）和第二直流高压电源（４４８）的工作；所述的选择器泡克耳斯盒（５１）的一个电极上施加由第三驱动器（５３）驱动的第三直流高压电源（５４）的直流高压电信号，该选择器 泡克耳斯盒（５１）的另一个电极上施加由第四驱动器（５８）驱动的第四直流高压电源（５７）的直流高压电信号，所述的同步信号（４４１）通过第二同步延时器（５２）输入第三驱动器（５３）和第四驱动器（５８）分别控制第三直流高压电源（５４）和第四直流高压电源（５７）的工作，提供一个开放时间宽度可调的时间门。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林礼煌，冯伟伟，王文耀，李儒新，徐至展，张秉钧，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]