本发明专利技术提供了一种多偏振时分再生放大器，包含分离脉冲模块和再生放大模块；所述分离脉冲模块用于将导入的种子脉冲激光形成子脉冲序列激光，传输子脉冲序列激光至再生放大模块；所述分离脉冲模块还用于将再生放大模块传回的再生放大子脉冲激光合成为一个脉冲激光，并输出脉冲激光；所述再生放大模块对所述子脉冲序列激光进行再生放大，形成再生放大子脉冲激光并传回分离脉冲模块。本发明专利技术还提供了一种偏振时分脉冲再生放大方法。本发明专利技术可以实现对放大脉冲峰值功率和非线性效应的操控管理，避免了高功率放大导致的非线性时频畸变和元器件损伤，实现>60dB的高效激光放大。实现>60dB的高效激光放大。实现>60dB的高效激光放大。
【技术实现步骤摘要】
一种多偏振时分再生放大器与再生放大方法
[0001]本专利技术涉及超快激光
，具体涉及一种多偏振时分再生放大器与再生放大方法。
技术介绍
[0002]当前，获取高峰值功率、高能量的超快飞秒激光技术主要有啁啾脉冲放大技术、分离脉冲放大技术等。
[0003]啁啾脉冲放大技术基于时间换功率的构想，其实现方式为：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；啁啾脉冲放大过程常用的放大器为再生放大器。再生放大器是把种子脉冲吸入放大腔内，待种子脉冲在腔内多次往复被放大到最大能量时，再将脉冲倒出腔外。再生放大器具有高效率、高光束质量的优点，适合做初级放大器。
[0004]分离脉冲放大技术基于空间换功率的构想，其实现方式为：将种子光通过偏振、镜片等手段进行空间分束并时域延迟，形成多个子脉冲序列，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，但其输出脉冲能量相对有限，通常为微焦量级(1μJ＝10
‑6J)。
[0005]啁啾脉冲放大技术的输出脉冲功率可达到兆瓦量级以上(1MW＝106W)、能量可达到毫焦量级(1mJ＝10
‑3J)，但在啁啾脉冲放大系统中，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300fs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，而再生放大器通常采用偏振耦合办法实现信号光注入和输出，难以实现偏振分离后的脉冲放大。偏振分离的激光再生放大技术和方法有待开发，再生腔设计有待优化。
技术实现思路
[0006]本专利技术提供了一种多偏振时分再生放大器，针对啁啾脉冲放大技术中增益窄化导致的飞秒激光脉冲输出脉宽受限、系统造价高昂、体积庞大的缺陷，能够进一步提升飞秒激光放大器输出脉冲能量。
[0007]本专利技术提供的一种多偏振时分再生放大器，包含分离脉冲模块和再生放大模块；
[0008]所述分离脉冲模块用于将导入的种子脉冲激光形成子脉冲序列激光，传输子脉冲序列激光至再生放大模块；所述分离脉冲模块还用于将再生放大模块传回的再生放大子脉冲激光合成为一个脉冲激光，并输出脉冲激光；
[0009]所述再生放大模块对所述子脉冲序列激光进行再生放大，形成再生放大子脉冲激光并传回分离脉冲模块。
[0010]进一步的，所述分离脉冲模块包含并行设立的第一偏振分束器与偏振片分光阵列；所述偏振片分光阵列包含至少一个偏振分离模块，所述偏振分离模块用于对导入其中
的激光脉冲进行P偏振光与S偏振光的分离调制并分时输出，使偏振片分光阵列将种子脉冲激光调制为包含不同时延的2
n
个偏振子脉冲序列激光，其中n的数值为偏振分离模块的数量；所述第一偏振分束器用于传输种子脉冲激光至偏振片分光阵列，并将偏振片分光阵列传回的脉冲激光输出。
[0011]进一步的，所述再生放大模块包含谐振腔、普克尔盒与用于再生放大的增益晶体；所述普克尔盒与增益晶体置于谐振腔的光路中；所述普克尔盒的开启与关闭用于实现对导入其中的S偏振光与P偏正光的偏振态转换调制，以使其导出谐振腔或在谐振腔中维持再生放大。
[0012]进一步的，所述谐振腔为环形谐振腔；对于重复频率为f
r
的信号光脉冲，所述环形谐振腔需满足L
rt
<c/f
r
，其中，L
rt
为环形谐振腔单次循环光路总光程，c为真空下光速。
[0013]本专利技术还提出了一种偏振时分脉冲再生放大方法，包含以下步骤：
[0014]A、将种子脉冲激光δ
in
通过偏振分离与时延调制，形成子脉冲序列激光δ1；所述子脉冲序列激光δ1包含相邻偏振正交的子脉冲；子脉冲间延时为τ，子脉冲数量为2
m
个，其中m为自然数；
[0015]B、对子脉冲序列激光δ2进行再生放大，形成再生放大子脉冲激光δ2；
[0016]C、对再生放大子脉冲激光δ2进行合光处理，将若干个子脉冲激光合并为一个脉冲激光。
[0017]进一步的，合光处理包含以下步骤：
[0018]A、通过对再生放大子脉冲激光δ2和/或子脉冲序列激光δ1的偏振角度调制，实现累计90
°
奇数倍的相对角度偏振方向偏转，使再生放大子脉冲激光δ2时序中S偏振光、P偏振光分别对应子脉冲序列激光δ1时序中的P偏振光、S偏振光；
[0019]B、对应种子脉冲激光δ
in
的偏振分离与时延调制过程，将再生放大子脉冲激光δ2中的S偏振光、P偏振光分别对应子脉冲序列激光δ1中的P偏振光、S偏振光传输光路逆光路传输，以实现若干个子脉冲激光合并为一个脉冲激光。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0021]1、相比传统的啁啾脉冲再生放大技术，无需昂贵的衍射光栅、啁啾布拉格光纤光栅、体布拉格光栅等色散展宽介质，采用脉冲分离放大的方法结构更为紧凑、成本下降，且能够突破毫焦级脉冲输出，获得10毫焦量级的高能量脉冲输出；
[0022]2、信号光脉冲在分离脉冲模块中可以分为多个子脉冲分量，极大提高激光放大过程中脉冲占空比，且脉冲多次经过增益晶体，有利于实现更高效率的脉冲放大，降低激光器功耗能耗。
[0023]3、相较于传统驻波型四分之一波再生放大结构具有更高的光隔离度，无需担心回光对展宽器、振荡器的影响；而且可以有效降低自发辐射荧光，提高激光对比度。
附图说明
[0024]图1为实施例1中多偏振时分再生放大器的结构简图。
[0025]图2为实施例1中偏振片分光阵列的结构示意图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图及实施例对本专利技术中的技术方案进一步说明。
[0027]实施例1
[0028]一种多偏振时分再生放大器，如图1所示，包含分离脉冲模块1和再生放大模块2；
[0029]所述分离脉冲模块1用于将导入的种子脉冲激光形成子脉冲序列激光，传输子脉冲序列激光至再生放大模块2；所述分离脉冲模块1还用于将再生放大模块2传回的再生放大子脉冲激光合成为一个脉冲激光，并输出脉冲激光；所述再生放大模块2对所述子脉冲序列激光进行再生放大，形成再生放大子脉冲激光并传回分离脉冲模块1。种子脉冲激光记为δ
in
，其典型特征为，脉冲宽度τ，脉冲能量>5nJ，重复频率为f
r MHz。其光谱形状、宽度、中心波长，以及脉冲形状等特点无限制。本实施例中，种子脉冲激光δ
in
的频率选取f
r
＝30MHz，对应种相邻脉冲的时间间隔为c/f
r
＝33.3ns的，脉冲宽度τ＝10ps。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多偏振时分再生放大器，其特征在于：包含分离脉冲模块和再生放大模块；所述分离脉冲模块用于将导入的种子脉冲激光形成子脉冲序列激光，传输子脉冲序列激光至再生放大模块；所述分离脉冲模块还用于将再生放大模块传回的再生放大子脉冲激光合成为一个脉冲激光，并输出脉冲激光；所述再生放大模块对所述子脉冲序列激光进行再生放大，形成再生放大子脉冲激光并传回分离脉冲模块。2.如权利要求1所述的一种多偏振时分再生放大器，其特征在于：所述分离脉冲模块包含并行设立的第一偏振分束器与偏振片分光阵列；所述偏振片分光阵列包含至少一个偏振分离模块，所述偏振分离模块用于对导入其中的激光脉冲进行P偏振光与S偏振光的分离调制并分时输出，使偏振片分光阵列将种子脉冲激光调制为包含不同时延的2
n
个偏振子脉冲序列激光，其中n的数值为偏振分离模块的数量；所述第一偏振分束器用于传输种子脉冲激光至偏振片分光阵列，并将偏振片分光阵列传回的脉冲激光输出。3.如权利要求2所述的一种多偏振时分再生放大器，其特征在于：所述偏振分离模块包含在纵向上依次顺序设立的第一分离脉冲反射镜、第一四分之一波片、分离脉冲偏振分束器、第二四分之一波片与第二分离脉冲反射镜，还包含与分离脉冲偏振分束器并行设立的分离脉冲半坡片；其中所述分离脉冲偏振分束器对导入其中的激光脉冲进行P偏振光与S偏振光的分离，使所述P偏振光透射至分离脉冲半波片输出；所述第一反射镜、第二反射镜、第一四分之一波片、第二四分之一波片用于对S偏振光进行偏振态与时延调制，使S偏振光经分离脉冲偏振分束器反射至分离脉冲半波片输出。4.如权利要求2或3所述的一种多偏振时分再生放大器，其特征在于：所述分离脉冲模块还包含法拉第旋转器，其偏光调制的工作角度为45
°
；所述法拉第旋转器置于偏振片分光阵列与再生放大模块之间。5.如权利要求2或3所述的一种多偏振时分再生放大器，其特征在于：所述分离脉冲模块还包含第一半波片、第二半波片；所述第一半波片、第二半波片分别并行设立在第一偏振分束器两侧，用于对种子脉冲激光、出射的脉冲激光进行偏振态与时延调制。6.如权利要求1所述的一种多偏振时分再生放大器，其特征在于：所述再生放大模块包含谐振腔、普克尔盒与用于再生放大的增益晶体；所述普克尔盒与增益晶体置于谐振腔的光路中；所述普克尔盒的开启与关闭用于实现对导入其中的S偏振光与P偏正光的偏...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾和平，郭政儒，王霄，钱小伟，姚天军，刘婷婷，胡梦云，
申请(专利权)人：重庆华谱信息技术有限公司重庆华谱智能装备有限公司重庆华谱新能源有限公司重庆勐禾生物科技有限公司云南华谱量子材料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：
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