CN104852268B - 具有检测打靶回光的啁啾脉冲放大激光装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有检测打靶回光的啁啾脉冲放大激光装置及其检测方法。本发明返回光四次经过光栅并产生四次衍射，从打靶处返回到光栅的返回光的入射角等于从放大器放大后的光束入射到压缩器中的光栅上的1级衍射光的角度β，0级衍射光的角度与入射角相同，0级衍射角与1级衍射角不同，在返回光四次经过光栅中的一处产生的0级衍射光方向设置探测器，对返回光在光栅上的0级衍射光进行探测，探测器将返回光的0级衍射光全部接收；压缩器中的0级衍射光并不在主光路中，是闲置的光束，利用闲置的光束进行探测，即不影响激光光束的使用与传输，还增加了对返回光探测的能力，极大保护了在激光与等离子体相互作用时回光对激光系统损坏。

Description

具有检测打靶回光的啁啾脉冲放大激光装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及高能粒子加速技术，尤其涉及一种具有检测打靶回光的啁啾脉冲放大激光装置及其检测方法。

背景技术

自啁啾激光脉冲放大(CPA)提出后，激光器的峰值功率飞跃发展，激光脉冲峰值功率可达数PW(10¹⁵W)，激光光强可达10²²W/cm²。这类强场激光被广泛应用于激光与等离子体相互作用中。激光与等离子体相互作用时，激光被等离子体吸收和反射，反射光可能原路返回激光器中，从而导致激光器元器件被打坏，这也是强场激光应用中面临的非常重要的安全问题。

常见的CPA技术如图1所示，一个振荡器产生超短脉冲(脉冲宽度通常为皮秒或飞秒量级)作为种子源，经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长脉冲(脉宽长度几十皮秒到纳秒量级，具体展宽后的脉宽长度取决于最终需要放大的能量)，利用放大器系统对已经展宽的长脉冲进行能量放大获得高能量脉冲，高能量的激光脉冲最后通过压缩器将脉冲的时间尺度压缩到最小(回到种子源的脉宽量级)从而获得高峰值功率的强场激光脉冲。

大型强场激光系统中压缩器最常用的元件为光栅，压缩器中的光栅是整个激光系统中最易损伤，同时也是最昂贵的元件。除此之外，在激光与等离子体相互作用时，如果有回光回到激光系统中，由于放大器对入射光有放大作用，因此回光将会被放大器放大从而损坏整个激光系统。法拉第隔离器是光学中常用的隔离回光的元件，然而，对于高能量的飞秒或皮秒激光系统，在压缩器后使用隔离器不合适：一方面大型激光器口径太大，例如百太瓦激光器光斑口径在几十到百毫米，如此大口径的隔离器价格昂贵，并且购买困难；另外一方面，压缩后使用隔离器必然引入色散，不利于飞秒或皮秒激光的应用；再者对于高强度的飞秒激光，压缩后的光直接注入隔离器中将会产生白光，损坏激光光束质量，同时隔离器存在损坏破裂的危险。因此在大型激光系统的压缩器后不再引入隔离器来防止回光保护激光系统。同时，由于在激光打靶时产生的回光沿光路原路返回，在光路上很难将入射光和回光分离，因此对回光进行探测存在困难。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种具有检测打靶回光的啁啾脉冲放大激光装置及其检测方法，用于激光与等离子相互作用时，探测等离子体对入射激光沿着入射激光方向的反方向的返回光情况。

本发明的一个目的在于提供一种具有检测打靶回光的啁啾脉冲放大激光装置。

本发明的具有检测打靶回光的啁啾脉冲放大激光装置包括：振荡器、展宽器、放大器、压缩器、和探测器；振荡器作为种子源提供激光脉冲，经展宽器对脉冲激光展宽，经放大器对激光能量进行放大，进入压缩器对放大的激光脉冲的脉宽进行压缩；其中，压缩器至少包括一块光栅，使得光束经过四次光栅，并且出射光与入射光从空间上分开后，主光路进入后面的打靶处，激光与等离子体相互作用，从打靶处返回到压缩器的光栅，光路可逆，返回光同样四次经过光栅；在光栅上，入射光的入射角与1级衍射光的角度不相同，1级衍射光作为主光路进入后面的打靶处；从打靶处返回到光栅的返回光的入射角等于从放大器放大后的光束入射到压缩器中的光栅上的1级衍射光的角度；0级衍射光的角度与入射角相同，在从打靶处返回到压缩器的返回光四次经过光栅中的一处产生的0级衍射光方向设置探测器，对返回光的0级衍射光进行探测，探测器将返回光的0级衍射光全部接收。

本发明的压缩器中光束经过四次光栅对激光脉冲进行压缩可以采用单光栅，双光栅或者四光栅来实现。

进一步，对返回光在光栅上的0级衍射光进行探测时，当光斑大于探测器的有效口径时，利用透镜会聚后将返回光在光栅上的0级衍射光全部收集到探测器上。探测器光电探测器。

本发明的另一个目的在于提供一种具有检测打靶回光的啁啾脉冲放大激光装置的检测方法。

本发明的具有检测打靶回光的啁啾脉冲放大激光装置的检测方法，压缩器采用单光栅，配合一个水平直角反射镜、一个直角反射镜和一个反射镜实现光束经过四次光栅的检测包括以下步骤：

1)振荡器作为种子源提供激光脉冲，经展宽器对脉冲激光展宽，经放大器对激光能量进行放大，进入压缩器对放大的激光脉冲的脉宽进行压缩；

2)从放大器输出的高能量激光光束进入到压缩器，首先入射到光栅的上半区域，光束入射角为β，光栅对入射激光衍射，衍射角为α的1级衍射光入射到水平直角反射镜，光束经过水平直角反射镜反射后，在同一水平面内沿入射到水平直角反射镜的相反方向出射，出射光相对于入射到水平直角反射镜的入射光在水平方向平移，出射光再次入射到光栅的上半区域，其1级衍射光入射到直角反射镜，激光经过直角反射镜反射后将沿着入射直角反射镜的相反方向平行出射，直角反射镜将激光光束高度降低，从直角反射镜输出的光束入射到光栅的下半区域，光栅对入射角为β的激光产生衍射，衍射角为α的1级衍射光入射到水平直角反射镜，光束经过水平直角反射镜反射后，在同一水平面内沿入射到水平直角反射镜的相反方向出射，出射光相对于入射到水平直角反射镜的入射光在水平方向平移，出射光再次以入射角α入射到光栅的下半区域，其1级衍射光的角度为β入射到反射镜上，反射镜将经过压缩器的光反射导出压缩器，其中，入射光的入射角α与1级衍射光的角度β不相同；

3)1级衍射光作为主光路进入后面的打靶处，激光与等离子相互作用，激光从打靶处沿着入射激光方向的反方向反射；

4)光路可逆，返回光同样四次经过光栅并产生四次衍射，从打靶处返回到光栅的返回光的入射角等于从放大器放大后的光束入射到压缩器中的光栅上的1级衍射光的角度β，入射角与0级衍射光的角度相同，在返回光四次经过光栅中的一处产生的0级衍射光方向设置探测器，对返回光在光栅上的0级衍射光进行探测，探测器将返回光的0级衍射光全部接收。

本发明的具有检测打靶回光的啁啾脉冲放大激光装置的检测方法，压缩器采用两个参数相同的第一和第二光栅，配合一个直角反射镜和一个反射镜实现光束经过四次光栅的检测包括以下步骤：

1)振荡器作为种子源提供激光脉冲，经展宽器对脉冲激光展宽，经放大器对激光能量进行放大，进入压缩器对放大的激光脉冲的脉宽进行压缩；

2)从放大器输出的高能量激光光束进入到压缩器，首先入射到第一光栅的上半区域，光束入射角为β，第一光栅对入射激光衍射，衍射角为α的1级衍射光反射到第二光栅的上半区域，第一光栅和第二光栅平行，此时入射到第二光栅的光束的入射角为α，衍射角度为β的1级衍射光入射到直角反射镜上，激光经过直角反射镜反射后将沿着入射直角反射镜的相反方向平行出射，直角反射镜将激光光束高度降低，从直角反射镜输出的光束入射到第二光栅的下半区域，第二光栅对入射角度为β的激光产生衍射，衍射角度为α的1级衍射光入射到第一光栅的下半区域，第一光栅对入射角度为α的光束进行衍射，产生的衍射角为β的1级衍射光与入射到压缩器的输入激光方向平行相反，高度低于入射激光，从第一光栅的下半区域衍射后的1级衍射光入射到反射镜上，反射镜将经过压缩器的光反射导出压缩器；

3)1级衍射光作为主光路进入后面的打靶处，激光与等离子相互作用，激光从打靶处沿着入射激光方向的反方向反射；

4)光路可逆，返回光分别经过第一和第二光栅各两次，产生四次衍射，从打靶处返回到光栅的返回光的入射角等于从放大器放大后的光束入射到压缩器中的光栅上的1级衍射光的角度β，入射角与0级衍射光的角度相同，在返回光四次经过第一或第二光栅中的一处产生的0级衍射光方向设置探测器，对返回光在光栅上的0级衍射光进行探测，探测器将返回光的0级衍射光全部接收。

本发明的具有检测打靶回光的啁啾脉冲放大激光装置的检测方法，压缩器采用四个参数相同的第一至第四光栅实现光束经过四次光栅的检测包括以下步骤：

1)振荡器作为种子源提供激光脉冲，经展宽器对脉冲激光展宽，经放大器对激光能量进行放大，进入压缩器对放大的激光脉冲的脉宽进行压缩；

2)从放大器放大后的高能量激光光束进入到压缩器，首先入射到第一光栅，光束入射角为β，衍射角为α的1级衍射光入射第二光栅，第一光栅和第二光栅平行，第二光栅的1级衍射光入射到第三光栅，入射角为β，衍射角为α的1级衍射光入射第四光栅，第三光栅和第四光栅平行，第四光栅的1级衍射光作为压缩器的主光路输出；

3)1级衍射光作为主光路进入后面的打靶处，激光与等离子相互作用，激光从打靶处沿着入射激光方向的反方向反射；

4)光路可逆，返回光同样依次经过第四至第一光栅产生四次衍射，从打靶处返回到光栅的返回光的入射角等于从放大器放大后的光束入射到压缩器中的光栅上的1级衍射光的角度，0级衍射光的角度与入射角相同，在返回光经过四个光栅中的一处产生的0级衍射光方向设置探测器，对返回光光栅上的0级衍射光进行探测，探测器将返回光的0级衍射光全部接收。

进一步，对于双光栅压缩系统，同一个光栅的上光斑和下光斑处，将上光斑和下光斑的0级衍射光的衍射角β处用同一CCD同时接收，获得回光能量为其中，a为入射光能量，单位为焦耳，X为上光斑处的入射光0级衍射光信号强度，Y为下光斑处的返回光的0级衍射光信号强度。

本发明的优点：

本发明利用返回光四次经过光栅并产生四次衍射，从打靶处返回到光栅的返回光的入射角等于从放大器放大后的光束入射到压缩器中的该同一光栅上的1级衍射光的角度β，0级衍射光的角度与入射角相同，0级衍射角与1级衍射角不同，在返回光四次经过光栅中的一处产生的0级衍射光方向设置探测器，对返回光在光栅上的0级衍射光进行探测，探测器将返回光的0级衍射光全部接收；压缩器中的0级衍射光并不在主光路中，是闲置的光束，利用闲置的光束进行探测，即不影响激光光束的使用与传输，还增加了对返回光探测的能力，极大保护了在激光与等离子体相互作用时回光对激光系统损坏。

附图说明

图1为自啁啾激光脉冲放大CPA系统的结构框图；

图2为本发明的啁啾脉冲放大激光装置采用单光栅的压缩器的光路图；

图3为本发明的啁啾脉冲放大激光装置采用单光栅的光栅光斑分布图；

图4为本发明的啁啾脉冲放大激光装置采用双光栅的压缩器的光路图；

图5为本发明的啁啾脉冲放大激光装置采用双光栅的光栅光斑分布图；

图6为本发明的双光栅压缩器的第一光栅的下光斑的衍射示意图，其中(a)为入射光的衍射示意图，(b)为返回光的衍射示意图；

图7为本发明的双光栅压缩器的第二光栅的下光斑的衍射示意图，其中(a)为入射光的衍射示意图，(b)为返回光的衍射示意图；

图8为本发明的双光栅压缩器的第二光栅的上光斑的衍射示意图，其中(a)为入射光的衍射示意图，(b)为返回光的衍射示意图；

图9为本发明的双光栅压缩器的第一光栅的上光斑的衍射示意图，其中(a)为入射光的衍射示意图，(b)为返回光的衍射示意图；

图10为本发明的啁啾脉冲放大激光装置采用四光栅的压缩器的光路图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例一

如图2所示，在本实施例中，压缩器采用单光栅G，配合一个水平直角反射镜PM、一个直角反射镜CM和一个反射镜M实现光束经过四次光栅；从放大器输出的高能量激光光束进入到压缩器，首先入射到光栅G的上半区域，光束入射角为β，光栅G对入射激光衍射，衍射角为α的1级衍射光入射到水平直角反射镜PM，光束经过水平直角反射镜PM反射后，在同一水平面内沿入射到水平直角反射镜的相反方向出射，出射光相对于入射到水平直角反射镜的入射光在水平方向平移，出射光再次入射到光栅G的上半区域，其1级衍射光入射到直角反射镜CM，激光经过直角反射镜反射后将沿着入射直角反射镜的相反方向平行出射，直角反射镜CM将激光光束高度降低，从直角反射镜输出的光束入射到光栅的下半区域，光栅G对入射角为β的激光产生衍射，衍射角为α的1级衍射光入射到水平直角反射镜，光束经过水平直角反射镜反射后，在同一水平面内沿入射到水平直角反射镜的相反方向出射，出射光相对于入射到水平直角反射镜的入射光在水平方向平移，出射光再次以入射角α入射到光栅的下半区域，其1级衍射光的角度为β入射到反射镜M上，反射镜M将经过压缩器的光反射导出压缩器。这样，在从打靶处返回到压缩器第一次入射到光栅时，返回光的入射角等于从放大器放大后入射到压缩器中的该光栅同一位置上的1级衍射光的角度β，返回光在此处的0级衍射光的角度与返回光的入射角相同，同为β。返回光同样四次经过光栅产生四次衍射，在返回光四次经过光栅中的一处产生的0级衍射光方向设置探测器，对返回光在光栅上的0级衍射光进行探测，探测器将返回光的0级衍射光全部接收。光经过同一个光栅衍射后的光路与入射光在同一高度的平面内。

如图3所示，从放大器放大后的光进入压缩器将经过四次光栅，在光栅上形成四个光斑，依次为右上角的第一光斑1，左上角的第二光斑2，左下角的第三光斑3和右下角的第四光斑4；其中，右上角的第一光斑和左上角第二光斑在同一个高度上；左下角的第三光斑和右下角第四光斑在同一个高度上；右上角的第一光斑和右下角第四光斑在同一个竖直线上；左上角的第二光斑和左下角第三光斑在同一个竖直线上。返回光同样四次经过光栅产生四个光斑，并与上述四个光斑重合。

实施例二

如图4所示，在本实施例中，压缩器采用双光栅，即两个参数相同的第一光栅G1和第二光栅G2，配合一个直角反射镜CM和一个反射镜M实现光束经过四次光栅；从放大器放大后的高能激光光束输入到压缩器中，首先入射到第一光栅G1的上半区域，光束入射角为β，第一光栅对入射激光衍射，衍射角为α的1级衍射光反射到第二光栅的上半区域，第一光栅和第二光栅平行，此时入射到第二光栅G2的光束的入射角为α，衍射角度为β的1级衍射光入射到直角反射镜上，激光经过直角反射镜CM反射后将沿着入射直角反射镜的相反方向平行出射，直角反射镜CM将激光光束高度降低，从直角反射镜输出的光束入射到第二光栅G2的下半区域，第二光栅对入射角度为β的激光产生衍射，衍射角度为α的1级衍射光入射到第一光栅G1的下半区域，第一光栅对入射角度为α的光束进行衍射，产生的衍射角为β的1级衍射光与入射到压缩器的输入激光方向平行相反，高度低于入射激光，从第一光栅的下半区域衍射后的1级衍射光入射到反射镜M上，反射镜将经过压缩器的光反射导出压缩器。光经过同一个光栅衍射后的光路与入射光在同一高度的平面内。

对于入射角和衍射角做个简单说明：由光栅衍射公式mλ＝d(sinα±sinβ)，其中m为光栅衍射光的级次，λ为衍射波长，α为入射角，β为衍射角，d为光栅常数。式中m可取0、±1、±2……，相应得到的光谱称零级光谱、一级光谱、二级光谱……，+、-号分别表示入射角和衍射角在法线的同侧或异侧。对于1级衍射有λ＝d(sinα±sinβ)，对于入射角为α的光束，其1级衍射角为β，对于入射角为β的光束，其1级衍射角为α。这适用于本发明的所有实施例。

第一光栅G1上的光斑分布如图5所示，第一光栅上有2个光斑，光斑分布在竖直位置上，上光斑为经过放大器后输入到压缩器的光束第一次入射到第一光栅G1上的光斑，下光斑为经过直角反射镜CM降低光束高度后经过第二光栅G2衍射后入射到第一光栅G1上的光斑。第二光栅G2上的光斑与第一光栅G1上的光斑分布类似，第二光栅G2的上光斑也为经过放大器后输入到压缩器的光束经过第一光栅G1衍射后入射到第二光栅G2上的光斑，下光斑为经过直角反射镜CM降低光束高度后入射到第二光栅G2上的光斑。为了让反射镜M能将光束导出压缩器，光栅上的2个光斑是相互分离的。

压缩器输出的激光经过传输后进入打靶系统，进行激光与等离子体相互作用，在相互作用过程中，等离子体将部分激光沿着入射激光方向的反方向反射，由于光路可逆，被等离子体反射的激光将原路返回到压缩器。返回光经过反射镜M入射到第一光栅G1下半区域，具体光斑为图5中的下光斑，经第一光栅G1衍射后1级衍射光入射到第二光栅G2下半区域，具体为第二光栅G2表面的下光斑，经第二光栅G2衍射后的1级衍射光入射到直角反射镜CM，光束高度被提高后再入射到第二光栅G2上半区域，此时为第二光栅G2表面的上光斑，经第二光栅G2衍射后的1级衍射光入射到第一光栅G1上半区域，具体为第一光栅G1表面的上光斑，经第一光栅G1衍射的1级衍射光将返回光输出压缩器，经过压缩器传输的返回光将继续往前端的放大器等模块传输。

当有返回光入射到第一光栅G1上时，此时光在第一光栅G1的下光斑处的具体衍射如图6所示：

如图6(a)所示，当光从放大器入射压缩器中，经过第一光栅G1、第二光栅G2及直角反射镜CM的传输后，到达第一光栅G1处的下半区域时，入射光的入射角度为α，0级衍射光角度为α，1级衍射光角度为β，压缩器使用的是1级衍射光。其中，实线箭头表示入射光的1级衍射光，虚线箭头表示入射光的0级衍射光。

如图6(b)所示，当光从靶处反射回第一光栅G1处的下半区域时，返回光的入射角度为β，0级衍射光为β，1级衍射光角度为α。其中，实线箭头表示返回的1级衍射光，虚线箭头表示返回光的0级衍射光。

基于压缩器对光脉冲压缩的设计，入射角α的角度不等于衍射角β，此时在第一光栅G1的下光斑处，从打靶处的返回光入射到第一光栅G1下光斑处的0级衍射光与从放大器输出光束入射到第一光栅G1下光斑处的0级衍射光角度不相同，由此可将从激光打靶处的返回光和从激光进入到靶场的光从空间上分开。在从打靶处的返回光入射到第一光栅G1下光斑处的0级衍射光的衍射角β方向探测回光的0级衍射光可以实现激光的回光探测。

如图7所示，从放大器进入压缩器和从打靶处返回光在第二光栅G2的下光斑处衍射情况如下：

如图7(a)所示，光束从放大器入射到压缩器中经第一光栅G1、直角反射镜CM后入射到第二光栅G2的下光斑处时，入射光的入射角度为β，0级衍射光角度为β，1级衍射光角度为α。其中，实线箭头表示入射光的1级衍射光，虚线箭头表示入射光的0级衍射光。

如图7(b)所示，当光从打靶处反射回压缩器经第一光栅G1后入射到第二光栅G2的下光斑处时，返回光的入射角度为α，0级衍射光角度为α，1级衍射光角度为β。其中，实线箭头表示返回的1级衍射光，虚线箭头表示返回光的0级衍射光。

由此可见，在返回光入射到第二光栅G2下光斑处的0级衍射光角度α方向可实现从激光打靶处的回光和从激光进入到靶场的光空间上分开，在从打靶处的回光入射到第二光栅G2的下光斑处的0级衍射光的衍射角α处探测可以实现激光的回光探测。

如图8所示，从放大器进入压缩器和从打靶处返回光在第二光栅G2的上光斑处衍射情况如下：

如图8(a)所示，光束从放大器入射到压缩器中经第一光栅G1入射到第二光栅G2的上光斑处时，入射光的入射角度为α，0级衍射光角度为α，1级衍射光角度为β。其中，实线箭头表示入射光的1级衍射光，虚线箭头表示入射光的0级衍射光。

如图8(b)所示，当光束从打靶处反射回压缩器经第一光栅G1、第二光栅G2、直角反射镜CM后入射到第二光栅G2的上光斑处时，返回光的入射角度为β，0级衍射光角度为β，1级衍射光角度为α。其中，实线箭头表示返回的1级衍射光，虚线箭头表示返回光的0级衍射光。

由此可见，在返回光入射到第二光栅G2上光斑处的0级衍射光角度β方向可实现从激光打靶处的返回光与从激光进入到靶场的光空间上分开，在从打靶处的回光入射到第二光栅G2的上光斑处的0级衍射光的衍射角β处探测可以实现激光的回光探测。

如图9所示，从放大器进入压缩器和从打靶处返回光在第一光栅G1的上光斑处衍射情况如下：

如图9(a)所示，光束从放大器入射到压缩器中第一光栅G1上光斑处时，入射光的入射角度为β，0级衍射光角度为β，1级衍射光角度为α。其中，实线箭头表示入射光的1级衍射光，虚线箭头表示入射光的0级衍射光。

如图9(b)所示，当光束从打靶处反射回压缩器经第一光栅G1、第二光栅G2、直角反射镜等后入射到第一光栅G1的上光斑处时，返回光的入射角度为α，0级衍射光角度为α，1级衍射光角度为β。其中，实线箭头表示返回的1级衍射光，虚线箭头表示返回光的0级衍射光。

由此可见，在返回光入射到第一光栅G1上光斑处的0级衍射光角度α方向可实现从激光打靶处的回光和从激光进入到靶场的光空间上分开，在从打靶处的回光入射到第一光栅G1的上光斑处的0级衍射光的衍射角α处探测可以实现激光的回光探测。

从上面几种光栅上对从放大器输出的光束进入光栅上的光和从打靶处返回到该光栅上的光束的衍射情况来看，由于这两个光束对于光栅的入射角度不同，导致衍射角度不同，所以这两个光束的0级衍射光方向不同，从而可实现从激光打靶处的返回光和从激光进入到靶场的光空间上分开，在返回光在该光栅的0级衍射角方向可实现对激光的回光探测。

压缩器中的0级衍射光并不在主光路中，是闲置的光束，利用闲置的光束进行探测，即不影响激光光束的使用与传输，还增加了对返回光探测的能力，极大保护了在激光与等离子体相互作用时回光对激光系统损坏。

光栅将打靶处返回光从空间上与激光器的原光路分开，对返回光的探测方法可有如下方法：利用CCD将衍射光全部接受；利用光电探测器将衍射光斑全部接受。如果光斑口径大于CCD或者光电探测器的有效口径，需加透镜将光聚入CCD或光电探测器内。如果光强太强还需要加入衰减片。

对于双光栅压缩系统，同一个光栅的上光斑和下光斑处，对于衍射角β方向的光，上光斑处的衍射角β方向的光是光从放大器入射到第一光栅的入射光的0级衍射光，下光斑处衍射角β方向的光是从靶处反射回第一光栅的返回光的0级衍射光。这两个光衍射角度相同，但是光高具有一定的高度差，所以这两个0级衍射光在空间上分离。从放大器入射到第一光栅处的光能量可测量，将上光斑和下光斑0级衍射光的衍射角β处用同一CCD同时接收，由于衍射光栅在相同衍射角处衍射效率相同，所以通过比较上光斑和下光斑的信号强度比可以获得回光能量。具体地：入射光能量乘以下光斑的返回光的0级衍射光信号强度与入射光0级衍射光信号强度的比，例如，入射光能量为a焦耳，探测器探测到上光斑处的入射光0级衍射光信号强度为X，下光斑处的返回光的0级衍射光信号强度为Y，可以获得回光能量为如果返回光与入射光的强度相差较大，则在上光斑的0级衍射光的衍射角β方向和下光斑的0级衍射光的衍射角β方向各自放不同的衰减片，然后结合衰减片系数获得回光能量。

实施例三

在本实施例中，如图10所示，压缩器采用四个参数相同的第一至第四光栅G1～G4，实现光束经过四次光栅；从放大器放大后的高能量激光光束进入到压缩器，首先入射到第一光栅G1，光束入射角为β，衍射角为α的1级衍射光入射第二光栅G2，第一光栅和第二光栅平行，第二光栅的1级衍射光入射到第三光栅G3，入射角为β，衍射角为α的1级衍射光入射第四光栅G4，第三光栅和第四光栅平行，第四光栅的1级衍射光作为压缩器的主光路输出。上述所有光线处于同一水平平面。返回光依次经过第四至第一光栅产生四次衍射，在返回光经过四个光栅中的一处产生的0级衍射光方向设置探测器，对返回光在光栅上的0级衍射光进行探测，探测器将返回光的0级衍射光全部接收。

最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种具有检测打靶回光的啁啾脉冲放大激光装置，所述啁啾脉冲放大激光装置用于激光与等离子相互作用时，探测等离子体对入射激光沿着入射激光方向的反方向的返回光情况，其特征在于，所述啁啾脉冲放大激光装置包括：振荡器、展宽器、放大器、压缩器、和探测器；振荡器作为种子源提供激光脉冲，经展宽器对脉冲激光展宽，经放大器对激光能量进行放大，进入压缩器对放大的激光脉冲的脉宽进行压缩；其中，所述压缩器至少包括一块光栅，使得光束经过四次光栅，并且出射光与入射光从空间上分开后，主光路进入后面的打靶处，激光与等离子体相互作用，从打靶处返回到压缩器的光栅，光路可逆，返回光同样四次经过光栅；在光栅上，入射光的入射角与1级衍射光的角度不相同，1级衍射光作为主光路进入后面的打靶处；从打靶处返回到光栅的返回光的入射角等于从放大器放大后的光束入射到压缩器中的光栅上的1级衍射光的角度；0级衍射光的角度与入射角相同，在从打靶处返回到压缩器的返回光四次经过光栅中的一处产生的0级衍射光方向设置探测器，对返回光的0级衍射光进行探测，所述探测器将返回光的0级衍射光全部接收。

2.如权利要求1所述的啁啾脉冲放大激光装置，其特征在于，所述压缩器中光束经过四次光栅对激光脉冲进行压缩采用单光栅，双光栅或者四光栅来实现。

3.如权利要求2所述的啁啾脉冲放大激光装置，其特征在于，所述压缩器包括一个光栅、一个水平直角反射镜、一个直角反射镜和一个反射镜；其中，从放大器输出的高能量激光光束进入到压缩器，首先入射到光栅的上半区域，光束入射角为β，光栅对入射激光衍射，衍射角为α的1级衍射光入射到水平直角反射镜，光束经过水平直角反射镜反射后，在同一水平面内沿入射到水平直角反射镜的相反方向出射，出射光相对于入射到水平直角反射镜的入射光在水平方向平移，出射光再次入射到光栅的上半区域，其1级衍射光入射到直角反射镜，激光经过直角反射镜反射后将沿着入射直角反射镜的相反方向平行出射，直角反射镜将激光光束高度降低，从直角反射镜输出的光束入射到光栅的下半区域，光栅对入射角为β的激光产生衍射，衍射角为α的1级衍射光入射到水平直角反射镜，光束经过水平直角反射镜反射后，在同一水平面内沿入射到水平直角反射镜的相反方向出射，出射光相对于入射到水平直角反射镜的入射光在水平方向平移，出射光再次以入射角α入射到光栅的下半区域，其1级衍射光的角度为β入射到反射镜上，反射镜将经过压缩器的光反射导出压缩器；在从打靶处返回到压缩器第一次入射到光栅时，返回光的入射角等于从放大器放大后入射到压缩器中的光栅上的1级衍射光的角度β，返回光在此处的0级衍射光的角度与返回光的入射角相同，同为β；返回光同样四次经过光栅产生四次衍射，在返回光四次经过光栅中的一处产生的0级衍射光方向设置探测器，对返回光在光栅上的0级衍射光进行探测，探测器将返回光的0级衍射光全部接收。

4.如权利要求2所述的啁啾脉冲放大激光装置，其特征在于，所述压缩器包括两个参数相同的第一和第二光栅、一个直角反射镜和一个反射镜；其中，从放大器放大后的高能激光光束输入到压缩器中，首先入射到第一光栅的上半区域，光束入射角为β，第一光栅对入射激光衍射，衍射角为α的1级衍射光反射到第二光栅的上半区域，第一光栅和第二光栅平行，此时入射到第二光栅的光束的入射角为α，衍射角度为β的1级衍射光入射到直角反射镜上，激光经过直角反射镜反射后将沿着入射直角反射镜的相反方向平行出射，直角反射镜将激光光束高度降低，从直角反射镜输出的光束入射到第二光栅的下半区域，第二光栅对入射角度为β的激光产生衍射，衍射角度为α的1级衍射光入射到第一光栅的下半区域，第一光栅对入射角度为α的光束进行衍射，产生的衍射角为β的1级衍射光与入射到压缩器的输入激光方向平行相反，高度低于入射激光，从第一光栅的下半区域衍射后的1级衍射光入射到反射镜上，反射镜将经过压缩器的光反射导出压缩器；返回光分别经过第一和第二光栅各两次，产生四次衍射，在返回光四次经过光栅中的一处产生的0级衍射光方向设置探测器，对返回光在光栅上的0级衍射光进行探测，探测器将返回光的0级衍射光全部接收。

5.如权利要求2所述的啁啾脉冲放大激光装置，其特征在于，所述压缩器采用四个参数相同的第一至第四光栅；从放大器放大后的高能量激光光束进入到压缩器，首先入射到第一光栅，光束入射角为β，衍射角为α的1级衍射光入射第二光栅，第一光栅和第二光栅平行，第二光栅的1级衍射光入射到第三光栅，入射角为β，衍射角为α的1级衍射光入射第四光栅，第三光栅和第四光栅平行，第四光栅的1级衍射光作为压缩器的主光路输出；返回光依次经过第四至第一光栅产生四次衍射，在返回光经过四个光栅中的一处产生的0级衍射光方向设置探测器，对返回光在光栅上的0级衍射光进行探测，探测器将返回光的0级衍射光全部接收。

6.如权利要求1所述的啁啾脉冲放大激光装置，其特征在于，对返回光在光栅上的0级衍射光进行探测时，当光斑大于探测器的有效口径时，利用透镜会聚后将返回光在光栅上的0级衍射光全部收集到探测器上。

7.一种具有检测打靶回光的啁啾脉冲放大激光装置的检测方法，压缩器采用单光栅、一个水平直角反射镜、一个直角反射镜和一个反射镜，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：

1)振荡器作为种子源提供激光脉冲，经展宽器对脉冲激光展宽，经放大器对激光能量进行放大，进入压缩器对放大的激光脉冲的脉宽进行压缩；

2)从放大器输出的高能量激光光束进入到压缩器，首先入射到光栅的上半区域，光束入射角为β，光栅对入射激光衍射，衍射角为α的1级衍射光入射到水平直角反射镜，光束经过水平直角反射镜反射后，在同一水平面内沿入射到水平直角反射镜的相反方向出射，出射光相对于入射到水平直角反射镜的入射光在水平方向平移，出射光再次入射到光栅的上半区域，其1级衍射光入射到直角反射镜，激光经过直角反射镜反射后将沿着入射直角反射镜的相反方向平行出射，直角反射镜将激光光束高度降低，从直角反射镜输出的光束入射到光栅的下半区域，光栅对入射角为β的激光产生衍射，衍射角为α的1级衍射光入射到水平直角反射镜，光束经过水平直角反射镜反射后，在同一水平面内沿入射到水平直角反射镜的相反方向出射，出射光相对于入射到水平直角反射镜的入射光在水平方向平移，出射光再次以入射角α入射到光栅的下半区域，其1级衍射光的角度为β入射到反射镜上，反射镜将经过压缩器的光反射导出压缩器，其中，入射光的入射角α与1级衍射光的角度β不相同；

3)1级衍射光作为主光路进入后面的打靶处，激光与等离子相互作用，激光从打靶处沿着入射激光方向的反方向反射；

4)光路可逆，返回光同样四次经过光栅并产生四次衍射，从打靶处返回到光栅的返回光的入射角等于从放大器放大后的光束入射到压缩器中的光栅上的1级衍射光的角度β，0级衍射光的角度与入射角相同，在返回光四次经过光栅中的一处产生的0级衍射光方向设置探测器，对返回光在光栅上的0级衍射光进行探测，探测器将返回光的0级衍射光全部接收。

8.一种具有检测打靶回光的啁啾脉冲放大激光装置的检测方法，压缩器采用两个参数相同的第一和第二光栅、一个直角反射镜和一个反射镜，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：

1)振荡器作为种子源提供激光脉冲，经展宽器对脉冲激光展宽，经放大器对激光能量进行放大，进入压缩器对放大的激光脉冲的脉宽进行压缩；

2)从放大器输出的高能量激光光束进入到压缩器，首先入射到第一光栅的上半区域，光束入射角为β，第一光栅对入射激光衍射，衍射角为α的1级衍射光反射到第二光栅的上半区域，第一光栅和第二光栅平行，此时入射到第二光栅的光束的入射角为α，衍射角度为β的1级衍射光入射到直角反射镜上，激光经过直角反射镜反射后将沿着入射直角反射镜的相反方向平行出射，直角反射镜将激光光束高度降低，从直角反射镜输出的光束入射到第二光栅的下半区域，第二光栅对入射角度为β的激光产生衍射，衍射角度为α的1级衍射光入射到第一光栅的下半区域，第一光栅对入射角度为α的光束进行衍射，产生的衍射角为β的1级衍射光与入射到压缩器的输入激光方向平行相反，高度低于入射激光，从第一光栅的下半区域衍射后的1级衍射光入射到反射镜上，反射镜将经过压缩器的光反射导出压缩器；

3)1级衍射光作为主光路进入后面的打靶处，激光与等离子相互作用，激光从打靶处沿着入射激光方向的反方向反射；

4)光路可逆，返回光经过第一和第二光栅各两次，产生四次衍射，从打靶处返回到光栅的返回光的入射角等于从放大器放大后的光束入射到压缩器中的光栅上的1级衍射光的角度β，0级衍射光的角度与入射角相同，在返回光经过第一或第二光栅的四次衍射中的一处产生的0级衍射光方向设置探测器，对返回光在光栅上的0级衍射光进行探测，探测器将返回光的0级衍射光全部接收。

9.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法进一步包括获得回光能量，同一个光栅的上光斑和下光斑处，将上光斑和下光斑的0级衍射光的衍射角β处用同一CCD同时接收，获得回光能量为其中，a为入射光能量，单位为焦耳，X为上光斑处的入射光0级衍射光信号强度，Y为下光斑处的返回光的0级衍射光信号强度。

10.一种具有检测打靶回光的啁啾脉冲放大激光装置的检测方法，压缩器采用四个参数相同的第一至第四光栅，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：

1)振荡器作为种子源提供激光脉冲，经展宽器对脉冲激光展宽，经放大器对激光能量进行放大，进入压缩器对放大的激光脉冲的脉宽进行压缩；

2)从放大器放大后的高能量激光光束进入到压缩器，首先入射到第一光栅，光束入射角为β，衍射角为α的1级衍射光入射第二光栅，第一光栅和第二光栅平行，第二光栅的1级衍射光入射到第三光栅，入射角为β，衍射角为α的1级衍射光入射第四光栅，第三光栅和第四光栅平行，第四光栅的1级衍射光作为压缩器的主光路输出；

3)1级衍射光作为主光路进入后面的打靶处，激光与等离子相互作用，激光从打靶处沿着入射激光方向的反方向反射；

4)光路可逆，返回光依次经过第四至第一光栅产生四次衍射，从打靶处返回到光栅的返回光的入射角等于从放大器放大后的光束入射到压缩器中的光栅上的1级衍射光的角度，0级衍射光的角度与入射角相同，在返回光经过四个光栅中的一处产生的0级衍射光方向设置探测器，对返回光在光栅上的0级衍射光进行探测，探测器将返回光的0级衍射光全部接收。