高功率激光分离啁啾脉冲多程放大系统技术方案

一种高功率激光分离啁啾脉冲多程放大系统，由激光种子脉冲源、脉冲展宽器、DPA再生腔、双通DPA模块和脉冲压缩器构成。激光种子脉冲源输出种子脉冲，首先经脉冲展宽器展宽为啁啾脉冲，然后通过DPA再生腔和双通DPA模块对其进行功率放大，最终利用脉冲压缩器对放大后的啁啾脉冲进行压缩。该系统通过在CPA框架内串联多级DPA模块的方式，且DPA模块具有多程脉冲放大的功能，可提高其脉冲功率放大能力且有效抑制非线性效应的影响。

【技术实现步骤摘要】
高功率激光分离啁啾脉冲多程放大系统
本专利技术涉及高功率激光脉冲放大技术，特别是一种高功率激光分离啁啾脉冲多程放大系统。
技术介绍
1960年，美国Hughes实验室的Maiman专利技术了红宝石脉冲激光器。在毫秒级光脉冲的泵浦下，红宝石激光器输出微秒量级的尖峰序列，其峰值功率为kW量级。随后，调Q技术和锁模技术迅速发展，激光脉冲峰值功率可达GW（109W）量级。当继续提高激光功率时，光束自聚焦等非线性效应加剧，终而导致光学介质损伤。1985年，美国Rochester大学的D.Strickland和G.Mourou应用啁啾脉冲放大（CPA）技术很好的解决了上述难题。种子脉冲先被展宽为啁啾脉冲，经功率放大后再被压缩为超短脉冲。利用CPA技术可以使激光脉冲峰值功率达到TW（1012W）甚至PW（1015W）量级。CPA技术的应用打破了介质承受阈值的限制，极大的推动了超强超短激光技术的发展。但对于窄带激光脉冲，由于难以将其脉宽展宽至足够宽度，故而传统的CPA技术已不太适用。近些年来，分离脉冲放大（DPA）技术的发展为窄带激光脉冲放大问题提供了较好的解决方案。2007年，ShianZhou、FrankW.Wise和DimitreG.Ouzounov提出了分离脉冲放大（以下简称为DPA）技术，利用钒酸钇（YVO4）晶体阵列实现了脉冲的分离与复合（Opticsletters,2007,32(7):871-873）。DPA的基本原理是，先将种子脉冲分离为两个乃至多个脉冲，该脉冲序列经放大后再整合为一个脉冲。与CPA技术对比可知，利用DPA技术可以突破光谱带宽对脉冲展宽的限制，从而很好的弥补了传统CPA技术的不足。2012年，S.Roither和A.J.Verhoef等人利用Sagnac环形光路同样实现了脉冲的分离与复合，利用该方法可以更方便有效的对脉冲分离距离进行扩展和控制（Opticsexpress,2012,20(22):25121-25129）。同年，L.J.Kong和F.W.Wise等人利用非线性晶体阵列DPA的方法获得了峰值功率为兆瓦量级的皮秒量级脉冲（Opticsletters,2012,37(2):253-255），L.Daniault等人利用双折射晶体阵列和Sagnac环形光路结构对飞秒量级脉冲进行了分离、放大与复合（Opticsexpress,2012,20(19):21627-21634）。2013年，YoannZaouter和FlorentGuichard等人将CPA技术和DPA技术结合为CPA-DPA技术（Opticsletters,2013,38(2):106-108），并深入探讨了放大脉冲的复合与压缩等方面的问题（Opticsletters,2013,38(21):4437-4440）。同年，MarcoKienel和ArnoKlenke等人也报道了对提高脉冲复合与压缩效率等方面的研究（OpticsExpress,2013,21(23):29031-29042；Opticsletters,2013,38(22):4593-4596）。然而在上述系统之中大多只包含单级DPA，仍以实现单程或双程脉冲放大为主。与已有CPA系统相比，现有DPA相关系统的功率放大能力仍显不足。为了加快DPA技术的实用化进程，亟需提高DPA以及CPA-DPA系统的脉冲放大效率。
技术实现思路
本专利技术提供一种高功率激光分离啁啾脉冲放大系统，该系统大大提高了CPA-DPA系统的脉冲功率放大能力，这将促进CPA-DPA以及DPA技术在高功率激光
内的推广应用。本专利技术的技术解决方案如下：一种高功率激光分离啁啾脉冲多程放大系统，特点在于其构成包括激光种子脉冲源、脉冲展宽器、DPA再生腔、双通DPA模块和脉冲压缩器。激光种子脉冲源输出种子脉冲，首先经脉冲展宽器展宽为啁啾脉冲，然后通过DPA再生腔和双通DPA模块对其进行功率放大，最终利用脉冲压缩器对放大后的啁啾脉冲进行压缩。所述的脉冲展宽器与脉冲压缩器可参考传统CPA系统中的技术方案（Optik&Photonik,2010,5(4):30-33）。所述的DPA再生腔的构成：在入射p偏光方向上依次放置第一薄膜偏振镜，第一泡克耳斯盒、第一λ/4波片、第一0°反射镜，所述第一λ/4波片的快（慢）轴方向与p偏光的偏振方向之间的夹角为45°，返回s偏光在第一薄膜偏振镜处发生反射，在s偏光反射方向上依次放置第一脉冲分离/复合器、第一激光增益介质、第二λ/4波片、第二0°反射镜，所述第二λ/4波片的快（慢）轴方向与p偏光的偏振方向之间的夹角为45°。其工作过程可描述为，p偏光脉冲透过第一薄膜偏振镜进入腔内，依次经过未加电压的第一泡克耳斯盒、第一λ/4波片，所述第一λ/4波片的快（慢）轴方向与p偏光的偏振方向之间的夹角为45°，于是p偏光脉冲变为圆偏光脉冲，圆偏光脉冲经第一0°反射镜反射后再次通过第一λ/4波片、未加电压的第一泡克耳盒，圆偏光脉冲变为s偏光脉冲，s偏光脉冲的偏振方向垂直于p偏光的偏振方向，s偏光脉冲在第一薄膜偏振镜处反射，然后经第一脉冲分离/复合器产生由s偏光脉冲和p偏光脉冲所组成的线偏光脉冲序列，脉冲序列在第一激光增益介质处放大并通过第二λ/4波片，所述第二λ/4波片的快（慢）轴方向与p偏光的偏振方向之间的夹角为45°，于是线偏光脉冲序列变为圆偏光脉冲序列，圆偏光脉冲序列经第二0°反射镜反射后再次通过第二λ/4波片，圆偏光脉冲序列又变为由s偏光脉冲和p偏光脉冲所组成的线偏光脉冲序列，脉冲序列经再次在第一激光增益介质处放大并通过脉冲分离/复合器而合成为s偏光脉冲，s偏光脉冲经第一薄膜偏振镜反射，再依次经过加λ/4电压的第一泡克耳斯盒、第一λ/4波片，s偏光脉冲变为p偏光脉冲，p偏光脉冲经第一0°反射镜反射后再次通过第一λ/4波片、加λ/4电压的第一泡克耳斯盒，p偏光脉冲又变为s偏光脉冲，于是s偏光脉冲便被锁定在腔内继续放大，当撤除第一泡克耳斯盒上所加的λ/4电压后便可在第一薄膜偏振镜处输出再生放大脉冲。所述的双通DPA模块的构成包括：在入射p偏光方向上依次放置第二薄膜偏振镜、第一45°法拉第旋光器、第一λ/2波片、第三薄膜偏振镜、第二脉冲分离/复合器、第二激光增益介质、第二45°法拉第旋光器、第三0°反射镜，调节所述第一λ/2波片的快（慢）轴方向使得出射光仍为p偏，返回s偏光在第三薄膜偏振镜处发生反射，在s偏光反射方向上放置第四0°反射镜。其工作过程可描述为，p偏光脉冲透过第二薄膜偏振镜后，再经过第一45°法拉第旋光器、第一λ/2波片，调节所述第一λ/2波片的快（慢）轴方向使得脉冲仍为p偏，p偏脉冲继续透过第三薄膜偏振镜，然后经第二脉冲分离/复合器产生由s偏光脉冲和p偏光脉冲所组成的线偏光脉冲序列，脉冲序列在第二激光增益介质处放大后通过第二45°法拉第旋光器在第三0°反射镜处反射，s偏光脉冲和p偏光脉冲两次通过第二45°法拉第旋光器后偏振方向均转过90°，脉冲序列经再次放大并通过第二脉冲分离/复合器而合成为s偏光脉冲，s偏光脉冲依次经第三薄膜偏振镜、第四0°反射镜、第三薄膜偏振镜反射后，再次经第二脉冲分离/复合器产生由s偏光脉冲和p偏光脉冲所组成的线偏光脉冲序列，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率激光分离啁啾脉冲多程放大系统，特征在于其构成包括激光种子脉冲源（1）、脉冲展宽器（2）、DPA再生腔（3）、双通DPA模块（4）和脉冲压缩器（5），激光种子脉冲源（1）输出种子脉冲，经脉冲展宽器（2）展宽为啁啾脉冲，然后通过DPA再生腔（3）和双通DPA模块（4）对其进行功率放大，最终利用脉冲压缩器（5）对放大后的啁啾脉冲进行压缩。

【技术特征摘要】
1.一种高功率激光分离啁啾脉冲多程放大系统，特征在于其构成包括激光种子脉冲源(1)、脉冲展宽器(2)、DPA再生腔(3)、双通DPA模块(4)和脉冲压缩器(5)，激光种子脉冲源(1)输出种子脉冲，经脉冲展宽器(2)展宽为啁啾脉冲，然后通过DPA再生腔(3)和双通DPA模块(4)对其进行功率放大，最终利用脉冲压缩器(5)对放大后的啁啾脉冲进行压缩；所述的DPA再生腔(3)的构成包括：在入射的p偏光方向上依次放置第一薄膜偏振镜(301)，第一泡克耳斯盒(302)、第一λ/4波片(303)、第一0°反射镜(304)，所述第一λ/4波片(303)的快轴或慢轴方向与p偏光的偏振方向之间的夹角为45°，返回s偏光在第一薄膜偏振镜(301)处发生反射，在s偏光反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宗昕，冷雨欣，陆效明，邹晓，
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：上海;31