CN104795718A - 四阶色散补偿啁啾脉冲放大激光装置 - Google Patents

四阶色散补偿啁啾脉冲放大激光装置 Download PDF

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李朝阳
冷雨欣
李儒新
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Abstract

一种四阶色散补偿啁啾脉冲放大激光装置，该装置包括种子源、光栅展宽器、预放大器、色散修正器、主放大器和光栅压缩器，所述的色散修正器包括第一棱栅、第二棱栅、直角棱镜和反射镜。本发明可实现啁啾脉冲的四阶色散补偿，获得近转换极限的飞秒激光脉冲。

Description

四阶色散补偿啁啾脉冲放大激光装置
技术领域
本发明涉及激光，特别涉及一种四阶色散补偿啁啾脉冲放大激光装置，其主要适用于飞秒激光、超强超短激光。
背景技术
强场物理等方面的研究对于超强飞秒激光的发展起到了极大的促进作用，过去十年间国际上先后发展了多台飞秒拍瓦级激光装置，脉宽均约为三十飞秒。目前实现飞秒拍瓦激光都是采用啁啾脉冲放大结构，即装置包括种子源、光栅展宽器、预放大器、主放大器和光栅压缩器。对于脉宽约为三十飞秒的啁啾脉冲放大装置，色散管理是一个极为重要的问题。若不考虑预放大器和主放大器，光栅展宽器和光栅压缩器可以实现完美匹配，完全补偿全装置的二阶、三阶、四阶及以上色散，并获得近转换极限脉冲。但当预放大器和主放大器加入到装置中时，这种色散管理的平衡就被打破。在先技术是通过优化光栅压缩器的入射角和光栅间距实现对光栅展宽器、预放大器和主放大器引入的各阶色散进行补偿。但该技术只能补偿全装置的二阶和三阶色散，无法补偿四阶色散。为了获得小于三十飞秒超短激光脉冲，进一步提高飞秒拍瓦级激光装置的峰值功率，必须补偿全装置的四阶色散。
棱栅对一般被用作小能量超宽带激光的压缩器与材料展宽器匹配，或被用作展宽器与材料压缩器匹配。
本发明将棱栅对引入到大能量高功率飞秒啁啾脉冲放大激光装置中，与装置原有的光栅展宽器、预放大器、主放大器和光栅压缩器形成综合色散管理。装置绝大量色散仍由光栅展宽器和光栅压缩器引入，棱栅对只是起到色散修正的作用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出一种四阶色散补偿啁啾脉冲放大激光装置。该装置可实现啁啾脉冲的四阶色散补偿，获得近转换极限飞秒激光脉冲。
为了达到上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种四阶色散补偿啁啾脉冲放大激光装置，该装置包括种子源、光栅展宽器、预放大器、主放大器和光栅压缩器，其特点在于，还包括色散修正器，该色散修正器包括第一棱栅、第二棱栅、直角棱镜和反射镜，所述的第一棱栅和第二棱栅反平行相对设置，所述的直角棱镜的入射面与所述的第二棱栅的衍射光垂直，所述的种子源输出的激光经光栅展宽器展宽、预放大器放大、第一棱栅衍射、第二棱栅衍射、直角棱镜折返后，又经第二棱栅衍射、第一棱栅衍射后，经所述的反射镜反射进入所述的主放大器，放大后由所述的光栅压缩器压缩输出。
本发明具有如下技术特点：
本发明可实现啁啾脉冲的四阶色散补偿，获得近转换极限的飞秒激光脉冲。
附图说明
图1是本发明四阶色散补偿啁啾脉冲放大激光装置实施例示意图。
图2是在先技术和本发明四阶色散补偿啁啾脉冲放大激光装置压缩脉冲对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明作进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解本发明的结构组成情况和工作流程，但不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是本发明四阶色散补偿啁啾脉冲放大激光装置实施例示意图，由图可见，本发明包括种子源1、光栅展宽器2、预放大器3、主放大器9和光栅压缩器10，还包括色散修正器4，该色散修正器4包括第一棱栅5、第二棱栅6、直角棱镜7和反射镜8，所述的第一棱栅5和第二棱栅6反平行相对设置，所述的直角棱镜7的入射面与所述的第二棱栅6的衍射光垂直，所述的色散修正器4的光路如下：入射光经第一棱栅5衍射、经第二棱栅6衍射、直角棱镜7折返、第二棱栅6衍射、第一棱栅5衍射输出，经反射镜8反射并导入主放大器9。
种子源1输出的激光经光栅展宽器2展宽、经预放大器3放大、经色散修正器4色散修正、经主放大器9放大、经光栅压缩器10压缩输出。
基于如下系统参数对本发明四阶色散补偿啁啾脉冲放大激光装置进行了模拟：种子源1为中心波长800nm、脉宽20fs；光栅展宽器2为1480g/mm光栅、入射角52度、光栅对等效斜距离1m；预放大器3和主放大器9引入的色散二阶4.26×104fs2、三阶3.13×104fs3、四阶-3.75×103fs4、五阶2.96×104fs5。在先技术仅利用优化光栅压缩器10进行色散补偿和脉冲压缩，全装置的二阶和三阶色散为零，四阶色散为4.2850×105fs4。本发明四阶色散补偿啁啾脉冲放大激光装置在预放大器3和主放大器9之间插入色散修正器4并配合光栅压缩器10进行色散补偿和脉冲压缩，全装置的二阶、三阶和四阶色散均为零。在先技术压缩脉冲如图2中虚线所示，本发明四阶色散补偿啁啾脉冲放大激光装置的压缩脉冲如图2中实线所示。理论模拟表明，与在先技术相比，本发明可实现啁啾脉冲的四阶色散补偿，获得了近转换极限飞秒激光脉冲。

Claims (1)

1.一种四阶色散补偿啁啾脉冲放大激光装置，该装置包括种子源(1)、光栅展宽器(2)、预放大器(3)、主放大器(9)和光栅压缩器(10)，其特征在于，还包括色散修正器(4)，该色散修正器(4)包括第一棱栅(5)、第二棱栅(6)、直角棱镜(7)和反射镜(8)，所述的第一棱栅(5)和第二棱栅(6)反平行相对设置，所述的直角棱镜(7)的入射面与所述的第二棱栅(6)的衍射光垂直，所述的种子源(1)输出的激光经光栅展宽器(2)展宽、预放大器(3)放大、第一棱栅(5)衍射、第二棱栅(6)衍射、直角棱镜(7)折反、第二棱栅(6)衍射、第一棱栅(5)衍射后，经所述的反射镜(8)反射进入所述的主放大器(9)，放大后由光栅压缩器(10)压缩输出。
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