分离脉冲激光再生放大装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种分离脉冲激光再生放大装置及方法，所述装置包括信号光耦合模块和分离脉冲激光再生放大模块，所述分离脉冲激光再生放大模块包括第二偏振分束器和第三反射镜，所述第二偏振分束器与第二半波片相邻，并与第三反射镜和第二半波片处于同一列；在第二偏振分束器的一侧依次设有第一四分之一波片、普克尔盒和第一反射镜，在第二偏振分束器的另一侧依次设有第三半波片、第一偏振片分离脉冲模块和第一非线性脉冲放大模块。所述方法包括信号光输入、对注入分离脉冲激光再生放大模块内中进行偏振分束和脉冲分离、激光放大、偏振合束、再生放大步骤。再生放大步骤。再生放大步骤。

【技术实现步骤摘要】
分离脉冲激光再生放大装置及方法


[0001]本专利技术涉及超快激光
，具体涉及一种分离脉冲激光再生放大装置及方法。

技术介绍

[0002]超快光学和强场激光技术的发展为物理学和信息科学的诸多前沿研究和应用开拓提供了新机遇，已经相关领域最活跃的研究前沿之一；基于超快光纤和强场激光技术发展的激光光源，凭借其超强峰值功率、超快作用过程、超高分辨精度等特点，已经实现在工业加工、医疗手术、时频传递等国计民生的关键领域；而且，牵引未来某些高新技术产业的发展，推动化学、材料科学、凝聚态物理、纳米科学、生物学、医学等诸多领域的发展和进步。
[0003]当前，获取高峰值功率（兆瓦量级，1 MW=106 W）、高能量（毫焦量级，1 mJ=10
‑
3 J）的超快飞秒激光技术主流为基于Yb材料的啁啾再生放大技术或啁啾脉冲多通放大技术。啁啾脉冲放大技术由G
é
rard Mourou和Donna Strickland于1985年提出并验证。基于时间换功率的构想，先将种子脉冲进行时域展宽，然后再进行脉冲放大，规避高峰值功率放大脉冲在放大器内引起的时频域畸变和激光损伤，最后再对放大脉冲进行时域压缩。此技术使人类获得的激光峰值功率提升了近6个数量级，达到拍瓦量级（1 PW=1012 W），于2018年获得诺贝尔物理学奖的表彰。然而，啁啾放大系统中，脉冲展宽导致放大过程中非线性效应弱化，激光脉冲增益窄化的不利效果凸显，导致输出脉冲宽度受限，通常在300 fs以上。另一方面，啁啾脉冲放大依赖光纤或者是空间色散介质（如大量的光纤、大色散量的啁啾光纤光栅、空间衍射光栅等）对种子脉冲进行时域调制，造价高昂，体积庞大，影响激光放大器的实际应用。
[0004]分离脉冲放大技术，其基于空间换输出功率（脉冲能量）的构想，将种子光通过偏振、镜片等手段进行空间分束并时域延迟，形成2n个子脉冲序列，同样可降低脉冲放大过程中的峰值功率，避免非线性累积和放大器损毁。目前，分离脉冲放大技术多见于光纤激光放大器中，输出能量有限。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种分离脉冲激光再生放大装置及方法，解决现有分离脉冲放大装置存在造价高、体积大，且输出能量有限的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种分离脉冲激光再生放大装置，包括一信号光耦合模块和分离脉冲激光再生放大模块；所述信号光耦合模块包括依次放置的第一半波片、第一偏振分束器、第一法拉第旋转器和第二半波片；所述分离脉冲激光再生放大模块包括第二偏振分束器和第三反射镜，所述第二偏振分束器与第二半波片相邻，并与第三反射镜和第二半波片处于同一列；在第二偏振分束器的一侧依次设有第一四分之一波片、普克尔盒和第一反射镜，在第二偏振分束器的另一侧依次设有第三半波片、第一偏振片分离脉冲模块和第一非线性脉冲放大模
块；所述第一偏振片分离脉冲模块包括m个间隔设置的偏振分离模块，所述m≥2，每个偏振分离模块均包括一个偏振分束器，在偏振分束器的两侧依次设有一个四分之一波片和一个反射镜；相邻两个偏振分离模块之间的间距一致，且偏振分离模块中两反射镜之间的垂直距离，从偏振分离模块向第一非线性脉冲放大模块方向依次递增；所述分离脉冲激光再生放大模块用于对信号光耦合模块注入的信号光经第二偏振分束器、第一四分之一波片、普克尔盒、第一反射镜、普克尔盒、第一四分之一波片、第二偏振分束器、第三半波片、第一偏振片分离脉冲模块、第一非线性脉冲放大模块、第一偏振片分离脉冲模块、第三半波片、第二偏振分束器的反射线路，实现信号光的一次脉冲分束、两次激光放大和一次脉冲合束；并在脉冲合束后，将合束后的脉冲信号光经第三反射镜反射到第二偏振分束器后，信号光再经第三半波片、第一偏振片分离脉冲模块、第一非线性脉冲放大模块、第一偏振片分离脉冲模块、第三半波片、第二偏振分束器的透射线路后，实现信号光的再次脉冲分束、两次激光再生放大和再次脉冲合束后，从第二偏振分束器透射重新注入普克尔盒中，完成信号光的一次再生放大循环；所述信号光耦合模块用于将种子脉冲注入分离脉冲激光再生放大模块，并在信号光经分离脉冲激光再生放大模块并完成多次再生放大循环，直至增益饱和时，经信号光耦合模块的第二半波片、第一法拉第旋转器到第一偏振分束器反射后，输出再生放大后的激光脉冲光束。
[0007]进一步的，所述第一非线性脉冲放大模块包括第一增益晶体、第二法拉第旋转器和第二反射镜；所述第二法拉第旋转器位于第一增益晶体和第二反射镜之间，第一增益晶体与偏振片分离脉冲模块相邻。
[0008]进一步的，所述第一非线性脉冲放大模块包括第三偏振分束器、第一增益晶体、第二反射镜、第四反射镜、第四半波片、第五反射镜；所述第三偏振分束器、第五反射镜和第一偏振片分离脉冲模块处于同一直线上，第三偏振分束器位于第五反射镜和第一偏振片分离脉冲模块之间；第三偏振分束器、第一增益晶体、第二反射镜所形成的光束发射线路与第三偏振分束器和第五反射镜所形成的光束发射线路垂直，且第一增益晶体位于第三偏振分束器与第二反射镜之间；第四反射镜位于第二反射镜一侧，第四反射镜、第四半波片、第五反射镜所形成的光束发射线路与第三偏振分束器、第一增益晶体、第二反射镜所形成的光束发射线路平行。
[0009]进一步的，所述第四半波片可采用第三法拉第旋转器代替。
[0010]进一步的，所述第一非线性脉冲放大模块包括第三偏振分束器、第一增益晶体、第二反射镜、两对反射式衍射光栅、第四反射镜、第三法拉第旋转器、第五反射镜；所述第三偏振分束器、第五反射镜和第一偏振片分离脉冲模块处于同一直线上，第三偏振分束器位于第五反射镜和第一偏振片分离脉冲模块之间；第三偏振分束器、第一增益晶体、第二反射镜所形成的光束发射线路与第三偏振分束器和第五反射镜所形成的光束发射线路垂直，且第一增益晶体位于第三偏振分束器与第二反射镜之间；两对反射式衍射光栅位于第二反射镜和第四反射镜之间，所述第四反射镜、第三法拉第旋转器、第五反射镜所形成的光束发射线路与第三偏振分束器、第一增益晶体、第二反射镜所形成的光束发射线路平行。
[0011]进一步的，所述第三反射镜可用第二再生放大模块代替，所述第二再生放大模块
包括依次设置的第六反射镜、第四偏振分束器、第五半波片、第二偏振片分离脉冲模块和第二非线性脉冲放大模块；所述第四偏振分束器与第二偏振分束器相对应，并位于同一列；所述第六反射镜与第一反射镜位于同一侧，所述第五半波片和第六反射镜分别位于第四偏振分束器两相对侧。
[0012]进一步的，所述第二非线性脉冲放大模块包括依次设置的第二增益晶体、第四法拉第旋转器和第七反射镜。
[0013]进一步的，所述第一增益晶体和第二增益晶体为掺镱或者掺钕离子的激光晶体。
[0014]一种分离脉冲激光再生放大方法，其特征在于，包括：S1，信号光输入，将ps量级的种子脉冲通过信号光耦合模块注入分离脉冲激光再生放大模块；所述分离脉冲激光再生放大模块如权利要求1
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分离脉冲激光再生放大装置，包括一信号光耦合模块和分离脉冲激光再生放大模块；其特征在于，所述信号光耦合模块包括依次放置的第一半波片、第一偏振分束器、第一法拉第旋转器和第二半波片；所述分离脉冲激光再生放大模块包括第二偏振分束器和第三反射镜，所述第二偏振分束器与第二半波片相邻，并与第三反射镜和第二半波片处于同一列；在第二偏振分束器的一侧依次设有第一四分之一波片、普克尔盒和第一反射镜，在第二偏振分束器的另一侧依次设有第三半波片、第一偏振片分离脉冲模块和第一非线性脉冲放大模块；所述第一偏振片分离脉冲模块包括m个间隔设置的偏振分离模块，所述m≥2，每个偏振分离模块均包括一个偏振分束器，在偏振分束器的两侧依次设有一个四分之一波片和一个反射镜；相邻两个偏振分离模块之间的间距一致，且偏振分离模块中两反射镜之间的垂直距离，从偏振分离模块向第一非线性脉冲放大模块方向依次递增；所述分离脉冲激光再生放大模块用于对信号光耦合模块注入的信号光经第二偏振分束器、第一四分之一波片、普克尔盒、第一反射镜、普克尔盒、第一四分之一波片、第二偏振分束器、第三半波片、第一偏振片分离脉冲模块、第一非线性脉冲放大模块、第一偏振片分离脉冲模块、第三半波片、第二偏振分束器的反射线路，实现信号光的一次脉冲分束、两次激光放大和一次脉冲合束；并在脉冲合束后，将合束后的脉冲信号光经第三反射镜反射到第二偏振分束器后，信号光再经第三半波片、第一偏振片分离脉冲模块、第一非线性脉冲放大模块、第一偏振片分离脉冲模块、第三半波片、第二偏振分束器的透射线路后，实现信号光的再次脉冲分束、两次激光再生放大和再次脉冲合束后，从第二偏振分束器透射重新注入普克尔盒中，完成信号光的一次再生放大循环；所述信号光耦合模块用于将种子脉冲注入分离脉冲激光再生放大模块，并在信号光经分离脉冲激光再生放大模块并完成多次再生放大循环，直至增益饱和时，经信号光耦合模块的第二半波片、第一法拉第旋转器到第一偏振分束器反射后，输出再生放大后的激光脉冲光束。2.根据权利要求1所述的分离脉冲激光再生放大装置，其特征在于，所述第一非线性脉冲放大模块包括第一增益晶体、第二法拉第旋转器和第二反射镜；所述第二法拉第旋转器位于第一增益晶体和第二反射镜之间，第一增益晶体与偏振片分离脉冲模块相邻。3.根据权利要求1所述的分离脉冲激光再生放大装置，其特征在于，所述第一非线性脉冲放大模块包括第三偏振分束器、第一增益晶体、第二反射镜、第四反射镜、第四半波片、第五反射镜；所述第三偏振分束器、第五反射镜和第一偏振片分离脉冲模块处于同一直线上，第三偏振分束器位于第五反射镜和第一偏振片分离脉冲模块之间；第三偏振分束器、第一增益晶体、第二反射镜所形成的光束发射线路与第三偏振分束器和第五反射镜所形成的光束发射线路垂直，且第一增益晶体位于第三偏振分束器与第二反射镜之间；第四反射镜位于第二反射镜一侧，第四反射镜、第四半波片、第五反射镜所形成的光束发射线路与第三偏振分束器、第一增益晶体、第二反射镜所形成的光束发射线路平行。4.根据权利要求3所述的分离脉冲激光再生放大装置，其特征在于，所述第四半波片可采用第三法拉第旋转器代替。5.根据权利要求1所述的分离脉冲激光再生放大装置，其特征在于，所述第一非线性脉
冲放大模块包括第三偏振分束器、第一增益晶体、第二反射镜、两对反射式衍射光栅、第四反射镜、第三法拉第旋转器、第五反射镜；所述第三偏振分束器、第五反射镜和第一偏振片分离脉冲模块处于同一直线上，第三偏振分束器位于第五反射镜和第一偏振片分离脉冲模块之间；第三偏振分束器、第一增益晶体、第二反射镜所形成的光束发射线路与第三偏振分束器和第五反射镜所形成的光束发射线路垂直，且第一增益晶体位于第三偏振分束器与第二反射镜之间；两对反射式衍射光栅位于第二反射镜和第四反射镜之间，所述第四反射镜、第三法拉第旋转器、第五反射镜所形成的光束发射线路与第三偏振分束器、第一增益晶体、第二反射镜所形成的光束发射线路平行。6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的分离脉冲激光再生放大装置，其特征在于，所述第三反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾和平，郭政儒，钱小伟，刘婷婷，姚天军，
申请(专利权)人：重庆华谱科学仪器有限公司云南华谱量子材料有限公司上海朗研光电科技有限公司广东朗研科技有限公司华东师范大学重庆研究院华东师范大学，
类型：发明
国别省市：