一种高功率大能量超短激光脉冲展宽装置及其调节方法，该脉冲展宽装置由两个展宽器组成，第一个展宽器放在种子激光之后，展宽比固定。第二个展宽器放在ＯＰＡ预放大之后，不仅可以对二阶色散进行连续调谐，还可以对三阶和四阶色散进行连续调谐。本发明专利技术的特点在于实现高功率大能量超短激光脉冲的大展宽比的展宽，激光脉冲宽度从５０～２００ｆｓ展宽到２～５ｎｓ；同时由于第二个展宽器的可连续调谐性，可以大大降低压缩器中大口径光栅的调节难度，让压缩器中的大部分调节任务由第二个展宽器来实现，甚至可以让压缩器第一次调整好后就不再进行调节，完全固定，调节任务全部由第二个展宽器的调节来实现。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超强超短激光，是一种高功率大能量超短激光系统所用的啁啾脉冲展宽器，主要适用于高能量(200～2000焦耳)超短(10-15～10-12秒)超强(1012～1015瓦)激光系统的脉冲展宽和改善超短脉冲的光束质量。
技术介绍
啁啾脉冲放大(Chirped Pulse Amplification，简写为CPA)和光学参量啁啾脉冲放大(Optical Parametric Chirped Pulse Amplification，简写为OPCPA)是目前获取超短、超强激光脉冲的经典方法，已被广泛的应用于建造多太瓦(即1012W，简写为TW)级激光系统和拍瓦(即1015W，简写为PW)级激光系统。它首先利用展宽器对飞秒或亚皮秒的激光脉冲引入一定的啁啾量，使脉冲展宽，注入高增益的预放，当脉冲能量达到焦耳量级，再通过主放大器将能量提高到设计的水平，最后利用压缩器引入与展宽器相反的啁啾量，使脉冲宽度复原，从而获得高功率大能量的超短脉冲激光输出。其中展宽器是一个重要的器件，它的合理设计对提高整个系统性能是非常重要的。目前，英国卢瑟福实验室的Vulcan超强超短激光装置利用两个展宽器实现的对激光脉冲展宽的方案已经获得了激光输出能量651J，打靶的脉冲宽度为410fs，功率达到1.03PW，聚焦的功率密度达到了1.06×1021W·cm-2的实验结果(Workshop on Ultrahigh Density Plasma Production，Application and Theory forLaser Fusion Proceedings，2005，16-25)，该装置所使用的展宽器(J Collier，CHernandez-Gomez，“Double Decker Stretcher Design for the Petawatt Upgrade”.CLF Annual Report RAL-TR-2002-013，2001-2002 pg 173)如图1所示，图中11、21-凹面反射镜，12、22-凸面反射镜，13-光栅，14、24-全反射镜。该展宽装置和整个系统的工作过程是种子飞秒激光经过第一个展宽器(1)后，激光脉冲的宽度展到2.4ns，注入到OPA激光放大器中进行预放大，之后再进入第二个展宽器(2)进行第二级放大，激光脉冲宽度展宽到4.8ns，注入主放大器进行放大，最后进入压缩池对激光脉冲进行压缩，得到所需要的高功率大能量超短激光脉冲。该展宽装置的特点为两个展宽器是层叠的，可以减少整个装置占用的空间；两个展宽器共用同一块光栅，减少了光栅的使用数量。其缺点也是很显然的，由于两个展宽器是层叠的，进行展宽比调谐时是相互影响的，需要两个展宽器同时同步进行，在这种情况下，这个系统的色散补偿的调谐任务实际上是在压缩器中完成的。这样务必会加大压缩器中大口径光栅的调节难度，特别是目前大口径光栅大多需要通过光栅拼接来获得，这样它的调节难度就更大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种，最终获得高对比度高功率大能量的超短脉冲输出。本专利技术的技术解决方案如下一种高功率大能量超短激光脉冲展宽的调节方法，该方法的核心是采用两个同样的展宽器分两级独立进行展宽，第一个展宽器放在种子光源之后，其展宽比固定；第二个展宽器放在光学参量放大(Optical Parametric Amplification简称OPA)的预放大之后，具有连续调谐二阶以及高阶色散的功能，第二个展宽器的调节是先补偿二阶色散，再补偿高阶色散。一种高功率大能量超短激光脉冲展宽装置，其特征在于由第一展宽器和第二展宽器)组成，第一个展宽器放在种子光源之后，其展宽比固定，第二个展宽器放在OPA预放大之后，具有连续调谐二阶以及高阶色散的功能所述的第一展宽器由第一柱型凹面反射镜、第一柱型凸面反射镜、第一光栅和第一全反射镜组成；所述的第一柱型凹面反射镜、第一柱型凸面反射镜、第一光栅和第一全反射镜分别置于各自的调整架上，所述的第一柱型凹面反射镜、第一柱型凸面反射镜和第一全反射镜均镀有工作波长的介质增反膜，该第一展宽器的出射光束垂直于所述的第一全反射镜的反射平面；所述的第二展宽器由展宽部分、二阶色散微调部分和高阶色散微调部分组成所述的展宽部分依次由第二柱型凹面反射镜、第二柱型凸面反射镜、第二光栅和第二全反射镜组成，所述的第二柱型凹面反射镜和第二柱型凸面反射镜分别放在各自的五维调整架上，第二光栅放在四维调整架上，第二全反射镜放在三维调整架上，所述的第二柱型凹面反射镜和第二柱型凸面反射镜的中心旋转轴在同一直线上，所述的第二柱型凹面反射镜、第二柱型凸面反射镜以及第二全反射镜均镀有工作波长的介质增反膜，；所述的二阶色散微调部分由所述的第二柱型凹面反射镜和第二柱型凸面反射镜的两个五维调整架组成；所述的高阶色散微调部分由平凹透镜和双凸透镜组成并置于所述的第二光栅和第二全反射镜之间，该平凹透镜放在五维调整架上，该双凸透镜放在四维调整架上，所述的平凹透镜和双凸透镜的旋转轴在同一直线上，所有透镜镀有工作波长的介质增透膜；所述的第二展宽器的出射光束与所述的平凹透镜和双凸透镜共光轴并垂直于第二全反射镜)的反射平面。所述第一展宽器的展宽比固定，所述的第二展宽器的展宽比和高阶色散是可连续调谐的。所述的第一柱型凸面反射镜的曲率半径为第一柱型凹面反射镜曲率半径的一半，两者之间的距离为第一柱型凸面反射镜的曲率半径值，第一柱型凹面反射镜与第一光栅之间的距离为第一柱型凹面反射镜的曲率半径值的0.6～0.7倍。所述的第二柱型凸面反射镜的曲率半径为第二柱型凹面反射镜曲率半径的一半，两者之间的距离为第二柱型凸面反射镜的曲率半径值，第二柱型凹面反射镜与第二光栅)之间的距离为第二柱型凹面反射镜的曲率半径值的0.6～0.7倍。所述的第一光栅和第二光栅的光栅刻线为1200线/mm～1800线/mm。所述的平凹透镜的中心厚度为1.1～2.5cm，曲率半径为25～30cm，透镜材料为SSK4玻璃；双凸透镜的中心厚度为2.0～3.5cm，第一个面的曲率半径为30～35cm，第二个面的曲率半径为41～45cm，透镜材料为ZF10玻璃。本专利技术的技术效果在于1、可以实现高功率大能量超强超短激光系统中对激光脉冲进行大展宽比展宽的要求；2、利用两级对激光脉冲进行展宽，符合整个大能量高功率系统大展宽比的要求。3、本专利技术的最大特点在于第一个展宽器的展宽比固定，而第二个展宽器具有二阶色散和高阶色散的可连续调谐性，从而可以大大降低压缩器中大口径光栅的调节难度，让压缩器中的大部分调节任务由第二个展宽器来实现，甚至可以让压缩器第一次调整好后就不再进行调节，完全固定，调节任务全部由第二个展宽器的调节来实现。4、由于本专利技术可以有效的补偿高阶色散，从而大大提升整个系统的性能，最终获得高对比度高功率大能量的超短脉冲输出。附图说明图1为已有的高功率大能量超短激光脉冲展宽装置示意图。图2为本专利技术的高功率大能量超短激光脉冲展宽装置示意图。图中1-第一展宽器2-第二展宽器11-第一柱型凹面反射镜21-第二柱型凹面反射镜12-第一柱型凸面反射镜22-第二柱型凸面反射镜13第一光栅23-第二光栅14第一全反射镜24-第二全反射镜25-平凹本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高功率大能量超短激光脉冲展宽的调节方法，其特征在于该方法是采用两个同样的展宽器分两级独立进行展宽，第一个展宽器放在种子光源之后，其展宽比固定；第二个展宽器放在光学参量放大的预放大之后，具有连续调谐二阶以及高阶色散的功能，第二个展宽器的调节是先补偿二阶色散，再补偿高阶色散。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆伟，郭爱林，谢兴龙，
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]
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