一种反射式高峰值功率飞秒激光后压缩装置制造方法及图纸

一种反射式高峰值功率飞秒激光后压缩装置，主要包括镀膜反射镜组成的非线性光谱展宽模块和宽带啁啾镜组成的色散补偿模块。高峰值功率飞秒激光经镀膜反射镜导向传输的同时完成非线性光谱展宽，然后经宽带啁啾镜完成色散补偿，实现脉冲宽度的进一步压缩。本发明专利技术利用镀膜技术解决了高峰值功率飞秒激光后压缩过程中所需高质量大口径薄片难制备的工艺问题，具有灵活高效，实用性强的特点。实用性强的特点。实用性强的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种反射式高峰值功率飞秒激光后压缩装置


[0001]本专利技术涉及激光的后压缩技术，特别是一种高峰值功率飞秒激光的薄片后压缩，用于降低高峰值功率飞秒激光的脉冲宽度，从而提升激光峰值功率和聚焦强度。其中，高峰值功率指激光峰值功率达到10
15
W以上，飞秒指激光脉宽小于100飞秒。

技术介绍

[0002]由于在高能粒子加速、天体物理、激光等离子体物理等重大前沿科学研究中的重要应用，高峰值功率飞秒激光近年来获得了快速发展。目前，世界上已经建成了多套拍瓦(10
15
W)乃至10拍瓦量级的飞秒激光系统，相应的激光聚焦强度已经达到了10
22
W/cm2。如此高的激光聚焦强度可为众多学科研究提供前所未有的实验手段和极端的物理条件，从而推动一系列强场激光物理及相关研究的发展。此外，更高的激光聚焦强度也是被期望用于前沿量子效应及电动量子力学研究。
[0003]为了提高激光聚焦强度，近年来科学家们提出了激光后压缩技术方案。激光后压缩技术可简单分为两个过程，即先通过非线性效应实现脉冲光谱展宽，再通过色散补偿光学元件移除啁啾，最终获得更短的脉冲输出。它不仅可以有效地提升激光的峰值功率，同时具备高稳定性，维护简单，造价便宜等特点。对于高峰值功率飞秒激光，通常采用多薄片的非线性光谱展宽，固体介质一般采用熔融石英薄片，薄片上的激光强度在10
12
W/cm2水平。为克服自聚焦效应引起的能量传输效率和光束质量降低，薄片厚度一般在0.1mm至0.5mm左右。基于这种方式，俄罗斯应用物理研究所的研究人员已经先后基于0.2和0.25拍瓦的飞秒激光系统实现了3倍和4倍脉冲压缩。最近，韩国相对论激光科学中心的研究人员在0.1拍瓦/23飞秒的钛宝石激光系统上，也基于激光后压缩技术实现了2.1倍的脉冲压缩。此外，G.Mourou等人理论模拟了1拍瓦/27飞秒激光的后压缩。结果表明，通过两级后压缩可将脉冲宽度从27飞秒缩短至～2飞秒，对应激光峰值功率提升比为～10。其中，在一级和第二级后压缩过程中的薄片直径为200mm，厚度为分别0.5mm和0.1mm。A.A.Voronin等人也模拟了13拍瓦/120飞秒激光的后压缩，所用的非线性介质为9块400mm直径径0.27mm厚度的熔融石英薄片。其模拟结果表明，光谱展宽后的脉冲通过色散补偿后，输出脉宽为～5飞秒，对应峰值功率高达350拍瓦。
[0004]可见，对于高峰值功率飞秒激光的后压缩，随着激光峰值功率的提高，所需非线性介质的厚度减小，而口径却快速增大。当激光峰值功率达到拍瓦水平时，所需非线性介质的口径通常大于200mm，厚度小于0.5mm。此外，薄片的不均匀也会直接影响激光的波前质量，从而降低其聚焦强度。然而，对于这样的尺寸，目前含硅的固体光学元件很难实现高质量的加工，这也成为限制高峰值功率飞秒激光后压缩发展的关键问题。也正因为这个原因，目前的激光后压缩并没有能够在拍瓦级飞秒激光上得到实验验证。因此，如何实现高质量、大口径、薄厚度的非线性介质是促进高峰值功率飞秒激光后压缩技术发展的重要环节，对高峰值功率飞秒激光的发展具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于克服上述高峰值功率飞秒激光后压缩技术中由于高质量、大口径、薄厚度非线性介质难以制备带来的局限性，提供一种反射式高峰值功率飞秒激光后压缩装置。利用镀膜技术，使高峰值功率飞秒激光在完成传输导向的同时，与反射镜上镀有的非线性介质膜发生非线性作用，实现光谱非线性展宽。
[0006]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案：
[0007]一种反射式高峰值功率飞秒激光后压缩装置，包括非线性光谱展宽模块和色散补偿模块，其特点在于，所述的非线性光谱展宽模块由N个沿光路依次放置的镀膜反射镜构成，所述的镀膜反射镜在玻璃基片上依次镀有高反膜和非线性介质膜。激光先透射过所述的非线性介质膜，然后被所述的高反膜反射，最后再次透射过所述的非线性介质膜输出。激光经所述的镀膜反射镜完成导向传输的同时，与所述的非线性介质膜发生非线性作用，实现光谱非线性展宽。
[0008]所述非线性介质膜对激光的反射率小于0.5％，所述高反膜对激光的反射率大于99.5％。
[0009]相邻两块所述镀膜反射镜之间的距离能够抑制激光后压缩过程中的小尺寸自聚焦，最小距离L
f
满足如下公式：
[0010][0011]式中，θ
v
是激光中最不稳定噪声的传输角度，R为激光光束半径。
[0012]所述镀膜反射镜的数量N与所述非线性介质膜的厚度d以及激光入射角θ满足如下公式：
[0013][0014]式中，L为N个镀膜反射镜上非线性介质膜的总厚度。
[0015]与先技术相比，本专利技术具有以下显著特点：
[0016]1.能够实现更大径厚比(口径/厚度)的非线性介质，支持更高峰值功率的10拍瓦乃至100拍瓦飞秒激光后压缩；
[0017]2.非线性介质膜相比较薄片更加平坦、均匀，后压缩输出激光质量更高；
[0018]3.激光在传输导向的同时完成非线性光谱展宽，大大简化了系统。
附图说明
[0019]图1：本专利技术的结构示意图；
[0020]图2：镀膜反射镜的结构示意图；
[0021]图3：本专利技术应用实施例的结构示意图；
[0022]图4：本专利技术应用实施例激光后压缩前后的光谱和时域形状。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步描述，但不应以此限制本专利技术的保护范
围。
[0024]图1是本专利技术一种反射式高峰值功率飞秒激光后压缩装置的结构示意图，由图可见，该装置包括：由镀膜反射镜1
‑
1、1
‑
2、
……
、1
‑
N组成的非线性光谱展宽模块1，由宽带啁啾镜对2
‑
1、2
‑
2、
……
、2
‑
K组成的色散补偿模块2。所述镀膜反射镜1
‑
1、1
‑
2、
……
、1
‑
N的结构如图2所示，包括玻璃基片3、高反膜4、非线性介质膜5。激光透射过非线性介质膜5后，经高反膜4反射，再次透射过非线性介质膜5后输出。
[0025]高峰值功率飞秒激光经镀膜反射镜1
‑
1、1
‑
2、
……
、1
‑
N依次反射，完成激光传输导向的同时光谱获得非线性展宽；光谱展宽后的激光再经宽带啁啾镜对2
‑
1、2
‑
2、
……
、2
‑
K反射后完成色散补偿，实现脉冲宽度的进一步压缩。
[0026]所述镀膜反射镜的数量N与所述非线性介质膜5的厚度d以及激光入射角θ满足如下公式：
[0027][0028]式中，L是根据激光参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反射式高峰值功率飞秒激光后压缩装置，包括非线性光谱展宽模块(1)和色散补偿模块(2)，其特征在于，所述的非线性光谱展宽模块(1)由N个沿光路依次放置的镀膜反射镜(1
‑
1、1
‑
2、
……
、1
‑
N)构成，所述的镀膜反射镜在玻璃基片(3)上依次镀有高反膜(4)和非线性介质膜(5)；激光先透射过所述的非线性介质膜(5)，然后被所述的高反膜(4)反射，最后再次透射过所述的非线性介质膜(5)输出。激光经所述的镀膜反射镜完成导向传输的同时，与所述的非线性介质膜(5)发生非线性作用，实现光谱非线性展宽。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴分翔，冷雨欣，许毅，杨西杭，赵阳，
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：