本发明专利技术涉及超短超强飞秒脉冲激光的获取方法，为解决现有技术中存在的系统尺寸随着脉冲能量的增加而急剧增大，不利于光谱展宽和超短超强飞秒脉冲激光获取、不利于技术应用的问题。本发明专利技术提出一种基于场映射光束整形器的脉冲后压缩系统，包括沿目标光源入射光路依次设置的光束整形系统、光谱展宽系统和色散补偿系统，入射的目标光源经过光束整形系统的场映射光束整形器进行光束整形后，获得超高斯型光束，然后再经过光谱展宽系统对光束进行光谱展宽，最后再通过色散补偿系统进行色散补偿，从而获得超短超强飞秒脉冲激光；本发明专利技术还提出了一种基于场映射光束整形器的脉冲后压缩方法。一种基于场映射光束整形器的脉冲后压缩方法。一种基于场映射光束整形器的脉冲后压缩方法。
【技术实现步骤摘要】
一种基于场映射光束整形器的脉冲后压缩系统及方法
[0001]本专利技术涉及一种超短超强飞秒脉冲激光的获取方法，具体涉及一种基于场映射光束整形器的脉冲后压缩系统及方法。
技术介绍
[0002]超短超强飞秒脉冲激光在医疗、粒子加速器和激光与物质相互作用等领域均具有广阔的应用前景。在医疗领域，超短超强飞秒脉冲激光可以驱动质子加速，从而产生高能质子束，该高能质子束为治疗癌症提供了全新的途径；在高能粒子物理学领域，超短超强飞秒脉冲激光可以用来实现激光尾波加速，该技术为高能粒子物理学打开了一扇新的大门；在激光与物质相互作用领域，超短超强飞秒脉冲激光可以与气体或固体靶相互作用产生高次谐波，进一步获得阿秒脉冲，为研究电子动力学过程提供了有力的途径。因此，获得超短超强飞秒脉冲激光是一件具有非常重大意义的研究内容。
[0003]目前超短超强飞秒脉冲激光主要由啁啾脉冲放大技术和光参量啁啾脉冲放大技术产生。啁啾脉冲放大技术是利用受激辐射的过程来放大脉冲能量，例如以钛宝石作为增益介质，可以产生约30飞秒、峰值功率达拍瓦的超短脉冲激光。但是由于其放大过程中存在热效应，目前钛宝石激光器的平均功率一般为数十瓦的水平。近年来，基于薄片增益介质的高平均功率激光技术的极大发展，Yb:YAG薄片激光器已经可以输出千瓦平均功率，最大脉冲能量可以达到焦耳量级，具有近似基模的高光束质量。但是由于Yb:YAG的增益带宽较小，因此最短脉宽一般为500飞秒以上。为了获得更短的脉冲宽度，可以使用该类激光泵浦光参量啁啾脉冲放大系统。虽然人们已经可以通过该技术获得单周期脉冲，但是其效率一般较低，多数不超过20％。另外，人们也通过非线性后压缩技术来压缩Yb:YAG薄片激光器的脉宽，利用气体或者固体中的三阶非线性效应，即自相位调制、自陡峭来展宽光谱，经过色散补偿后即可获得数十飞秒的脉冲。但由于激光束在空间上为高斯分布，不同位置的光谱展宽并不相同，导致光谱展宽的空间不均匀性。因此，人们通常采用充气空芯波导，或者由多程腔和多薄片构成的准波导结构来进行脉冲后压缩，可以保持激光的模式，获得利用气体或者固体中的三阶非线性效应，即自相位调制、自陡峭来获得空间均匀的脉宽压缩。但是这类技术的系统尺寸随着脉冲能量的增加而急剧增大，例如当能量为200mJ时，多程腔系统的长度需达到10m，非常不利于该类技术的应用。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是解决现有技术存在的系统尺寸随着脉冲能量的增加而急剧增大，不利于光谱展宽和超短超强飞秒脉冲激光获取、不利于技术应用的问题，而提出一种基于场映射光束整形器的脉冲后压缩系统及方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出的技术解决方案为：
[0006]一种基于场映射光束整形器的脉冲后压缩系统，其特殊之处在于：
[0007]包括沿目标光源入射光路依次设置的光束整形系统、光谱展宽系统和色散补偿系
统；
[0008]所述光束整形系统包括场映射光束整形器，用于将入射的目标光源进行光束整形，使得目标光源的空间分布由高斯型光束整形为超高斯型光束；
[0009]所述光谱展宽系统包括第一望远镜系统、平面反射镜及多个薄片，所述超高斯型光束经过第一望远镜系统进行缩束，缩束后的光束经平面反射镜反射并以布儒斯特角入射到多个薄片上，完成光束的光谱展宽；
[0010]所述色散补偿系统包括第二望远镜系统、啁啾镜对和尖劈对，光谱展宽后的光束经过第二望远镜系统进行扩束，扩束后的光束通过啁啾镜对进行脉宽压缩，然后在通过尖劈对进行色散补偿，从而得到超短超强飞秒脉冲激光。
[0011]其中，入射的目标光源为高重频大功率百飞秒脉冲激光，其为p偏振光，使用场映射光束整形器将高重频大功率百飞秒脉冲激光在空间上的高斯分布整形为超高斯分布；之后利用第一望远镜系统将光束进行缩束，以增大光强；然后将该光束经平面反射镜反射后进入设置在平面反射镜反射后光束腰斑的位置附近的多个薄片上，其利用三阶非线性效应自相位调制过程将该光束进行光谱展宽，之后在经过色散补偿系统进行色散补偿。
[0012]其使用场映射光束整形器获得了超高斯分布的光斑，克服了光谱展宽的空间不均匀性；在相同面积下，超高斯分布的最大值相较于高斯分布的值小，因此对于超高斯分布的光斑而言，材料可以承受更高的功率，可以使用更高功率的脉冲激光。
[0013]所述第一望远镜系统为相对设置且焦点重合的第一凹面反射镜和第二凹面反射镜，且第一凹面反射镜和第二凹面反射镜沿目标光源入射光路方向的焦距比值大于1；
[0014]所述第二望远镜系统为相对设置且焦点重合的第三凹面反射镜和第四凹面反射镜，且第三凹面反射镜和第四凹面反射镜沿目标光源入射光路方向的焦距比值小于1；
[0015]第一凹面反射镜、第二凹面反射镜、第三凹面反射镜和第四凹面反射镜均可以通过旋转，调整入射光束的入射角度。
[0016]进一步地，所述多个薄片设置在靠近平面反射镜反射后的光束腰斑的位置处，且薄片于光束腰斑处呈镜像对称设置。
[0017]其中经平面反射镜反射后再以布儒斯特角入射在多个薄片上，多个薄片与光轴之间的夹角为布儒斯特角，通过三阶非线性光学效应来进行光谱展宽，其中薄片的材料可以根据光束的中心波长而定，如光束的中心波长为1030nm，薄片的材料可采用融石英。
[0018]同时，本专利技术还提供了一种基于场映射光束整形器的脉冲后压缩方法，采用上述一种基于场映射光束整形器的脉冲后压缩系统，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0019]S1、将入射的目标光源通过光束整形系统进行整形，使得目标光源的空间分布由高斯型光束转变为超高斯型光束；
[0020]S2、将转变为超高斯型的光束通过光谱展宽系统进行光谱展宽，并获得经多个薄片展宽后的该光束的光谱展宽量；
[0021]S3、将经过光谱展宽后的光束经过色散补偿系统进行色散补偿，获得压缩后的飞秒脉冲激光；
[0022]S4、判断压缩后的飞秒脉冲激光的光谱展宽量是否符合设计要求，若不符合设计要求，则返回步骤S2，再次级联光谱展宽系统和色散补偿系统；若符合设计要求，则完成基于场映射光束整形器的脉冲后压缩，得到超短超强飞秒脉冲激光。
[0023]进一步地，所述步骤S2具体为：
[0024]S2.1、将所述超高斯型的光束经过第一望远镜系统的第一凹面反射镜，通过旋转第一凹面反射镜，使入射光束以小于15
°
的角度反射至第二凹面反射镜上进行缩束；
[0025]S2.2、对缩束后的光束通过旋转第二凹面反射镜，再以小于15
°
的角度反射至平面反射镜上；
[0026]S2.3、将多个薄片设置在靠近平面反射镜反射后光束腰斑的位置处，且薄片于光束腰斑处呈镜像对称设置；
[0027]S2.4、经平面反射镜反射后的光束以布儒斯特角入射在多个薄片上，从而获得光束的光谱展宽量，完成对光束的光谱展宽。
[0028]进一步地，所述步骤S3具体为：
[0029]S3.1、将经过光本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于场映射光束整形器的脉冲后压缩系统，其特征在于：包括沿目标光源入射光路依次设置的光束整形系统、光谱展宽系统和色散补偿系统；所述光束整形系统包括场映射光束整形器(9)，用于将入射的目标光源进行光束整形，使得目标光源的空间分布由高斯型光束整形为超高斯型光束；所述光谱展宽系统包括第一望远镜系统、平面反射镜(5)及多个薄片(6)，所述超高斯型光束经过第一望远镜系统进行缩束，缩束后的光束经平面反射镜(5)反射并以布儒斯特角入射到多个薄片(6)上，完成光束的光谱展宽；所述色散补偿系统包括第二望远镜系统、啁啾镜对(7)和尖劈对(8)，光谱展宽后的光束经过第二望远镜系统进行扩束，扩束后的光束通过啁啾镜对(7)进行脉宽压缩，然后在通过尖劈对(8)进行色散补偿，从而得到超短超强飞秒脉冲激光。2.根据权利要求1所述一种基于场映射光束整形器的脉冲后压缩系统，其特征在于：所述第一望远镜系统为相对设置且焦点重合的第一凹面反射镜(1)和第二凹面反射镜(2)，且第一凹面反射镜(1)和第二凹面反射镜(2)沿目标光源入射光路方向的焦距比值大于1；所述第二望远镜系统为相对设置且焦点重合的第三凹面反射镜(3)和第四凹面反射镜(4)，且第三凹面反射镜(3)和第四凹面反射镜(4)沿目标光源入射光路方向的焦距比值小于1；第一凹面反射镜(1)、第二凹面反射镜(2)、第三凹面反射镜(3)和第四凹面反射镜(4)均可以通过旋转，调整入射光束的入射角度。3.根据权利要求2所述一种基于场映射光束整形器的脉冲后压缩系统，其特征在于：所述多个薄片(6)设置在靠近平面反射镜(5)反射后的光束腰斑的位置处，且薄片(6)于光束腰斑处呈镜像对称设置。4.一种基于场映射光束整形器的脉冲后压缩方法，采用权利要求1
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3任一所述的一种基于场映射光束整形器的脉冲后压缩系统，其特征在于，包括以下步骤：S1、将入射的目标光源通过光束整形系统进行整形，使得目标光源的空间分布由高斯型光束转变为超高斯型光束；S2、将转变为超高斯型的光束通过光谱展宽系统进行光谱展宽，并获得经多个薄片(6)展宽后的该光束的光谱展宽量；S3、将经过光谱展宽后的光...
【专利技术属性】
技术研发人员：李锦晖，刘柯阳，曹华保，甄奇文，刘鑫，付玉喜，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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