CN104934841A - 一种高能脉冲激光分离压缩方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种高能脉冲激光分离压缩方法及装置，对输入的激光进行偏振选择得到线偏振态的激光脉冲；再经脉冲分离，在时域上按照偏振方向彼此垂直的方式分成多个子脉冲，对应的脉冲能量降低；再进入压缩装置进行脉冲宽度的第一次压缩；第一次压缩后，脉冲入射到偏振反转装置，偏振态旋转90度，传播方向与之前相反，再次经过脉冲压缩装置，进行脉冲宽度的第二次压缩；第二次压缩后的脉冲反向经过脉冲分离装置，多个子脉冲合成为一个高能激光脉冲并出射。本发明在现有脉冲压缩装置的材料和损伤阈值条件下，实现了更高能量的超短激光脉冲输出；采用两次压缩倍增了色散补偿量；本发明还便于采用全光纤结构装置实现高能脉冲激光压缩。

Description

一种高能脉冲激光分离压缩方法及装置

技术领域

本发明涉及强场激光技术领域，具体是一种高能脉冲激光的压缩方法，特别是采用脉冲分离/合成装置降低单个脉冲能量在低损伤阈值脉冲压缩装置中实现高能脉冲输出的方法。本发明还涉及用于高能脉冲激光分离压缩的装置。

背景技术

高能量的超短激光脉冲在激光快点火、激光诱导等离子体光谱测量、精密加工、材料表面处理等科研和工业领域都有着广泛的需求。随着激光技术的不断发展，当前我国升级后的神光Ⅱ激光装置能实现脉冲能量3kJ的纳秒脉冲和能量1kJ的皮秒脉冲输出，对应的激光聚焦功率密度约为10²⁰W/cm²，该装置产生的强电场、强磁场的极端实验条件为高能物理在万焦耳级平台的实验研究提供了保障。

现阶段为实现高能量超短脉冲的输出，主要采用啁啾脉冲放大技术的激光系统，其中，基于光栅的脉冲压缩装置作为系统最终输出端的色散补偿单元，作用十分重要。由于脉冲压缩装置紧跟功率主放大器，处在系统的末端，使得脉冲压缩装置中激光脉冲的峰值功率很高，对光栅等器件的抗损伤阈值要求高。为降低单位面积上的能量密度，保证光栅在高能脉冲激光场合的正常使用，光栅的发展过程在尺寸上由小到大，在类型上由镀金全息光栅到多层介质膜光栅。然而，受限于光栅材料的损伤阈值，在高能激光场合还需要对光束口径扩束。为避免高能激光在空气中的传输损耗，更好的保护光栅，在10-100TW的系统中，还需要将整个脉冲脉冲压缩装置建立在真空室中，一方面对光束的空间整形和系统的真空维护提出了要求，增加了系统的复杂度，另一方面也对大尺寸高抗损伤阈值光栅的加工技术提出了要求，增加了系统的成本。如何在现有光栅的抗损伤阈值条件下，实现更高能量的激光脉冲输出，成为当前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种新型的脉冲分离压缩方法来克服光栅等脉冲压缩装置件的抗损伤阈值，在现有器件及材料的基础上，通过改进系统结构，结合分离脉冲技术，实现高能量窄脉宽的激光输出。本发明提供了一种高能脉冲激光分离压缩方法及装置。

本发明方法的技术方案为：

一种高能脉冲激光分离压缩方法，包括：

步骤Ⅰ、对输入的脉冲激光进行偏振选择，得到所需偏振方向的线偏振激光脉冲；

步骤Ⅱ、将所述线偏振激光脉冲在时域上进行N级分离；每级分离时，先将入射激光分离为偏振方向彼此垂直两束激光，此时一个脉冲被分为一对偏振方向彼此垂直的子脉冲；再对其中一束激光引入延时，使每对所述偏振方向彼此垂直的子脉冲在时域上分离；将分离后的两束激光汇聚为一束，该束激光脉冲数量加倍；经过N级分离后，得到一束包含2^N个子脉冲的脉冲激光；

步骤Ⅲ、将2^N个子脉冲进行压缩；

步骤Ⅳ、将压缩后的2^N个子脉冲合成为一个高能激光脉冲；

步骤Ⅴ、输出压缩后的高能脉冲激光。

优选的，步骤Ⅲ中，所述子脉冲进行压缩时，子脉冲先通过压缩装置进行第一次压缩，将出射的子脉冲光路反转，使其沿原光路反向入射至压缩装置中进行第二次压缩。

优选的，步骤Ⅳ中，所述子脉冲合成为子脉冲分离的逆向过程，子脉冲合成时，将压缩后的各子脉冲偏振方向均旋转90度并沿原脉冲分离光路反向入射至用于脉冲分离的光学单元，出射时全部子脉冲合成为一个高峰值功率激光脉冲。

本发明装置的技术方案为：

一种高能脉冲激光分离压缩装置，包括光路中顺序设置的脉冲激光光源、偏振选择装置、脉冲分离/合成装置、脉冲压缩装置和偏振反转装置，其中：

脉冲激光自所述脉冲激光光源出射，经偏振选择装置得到线偏振光，该线偏振脉冲入射脉冲分离/合成装置；所述脉冲分离/合成装置为多级结构，包括多级分离单元，入射激光逐级依次入射分离单元，每级分离单元光轴均与入射光路存在固定的夹角；通过将每级分离单元整体相对前一级绕入射光路旋转一定角度或在每级分离单元间加入1/2波片，调节光轴与入射脉冲偏振方向的夹角，使入射每级分离单元的每个脉冲均可分解为一对偏振方向相互垂直的脉冲分量，形成一对子脉冲；分离单元对其中一个子脉冲引入延时，使偏振方向相互垂直的成对子脉冲在时域上分离，分离单元引入的延时量随级数增加而逐渐增大；自脉冲分离/合成装置出射的脉冲光束入射脉冲压缩装置，脉冲压缩装置出射的脉冲光束入射偏振反转装置后各个脉冲偏振方向旋转90度，同时脉冲光束沿原出射光路逆向传播形成反转光路；偏振选择装置将沿反转光路入射的脉冲光束输出。

优选的，所述偏振选择模块为偏振分束晶体或光纤式偏振分束器。

优选的，所述脉冲压缩装置为偏振不敏感的压缩单元，对偏振方向相互垂直的激光均能实现压缩作用；压缩单元为光栅对、棱镜对、色散补偿光纤或光子晶体光纤。同时，压缩单元可以是补偿二阶色散的线性脉冲压缩装置，也可以是基于惰性气体的非线性脉冲脉冲压缩装置。

优选的，所述偏振反转装置为法拉第旋转反射镜，包括前端的法拉第旋转器和后端的全反射镜。

优选的，所述脉冲分离/合成装置的分离单元由两块厚度相同的双折射晶体平板重叠拼合而成，两平板光轴相对拼合界面镜像对称，脉冲激光入射与出射均垂直平板表面；平板厚度随分离单元级数倍增，其向子脉冲引入的延时量线性增加；每级分离单元整体相对上一级围绕入射光路旋转45度。

另一优选的，所述脉冲分离/合成装置的分离单元由偏振分束晶体、两个1/4波片和一对全反射镜组成，偏振分束晶体置于入射光路中，入射光分束垂直于入射方向；一对全反射镜分别位于偏振分束晶体分束光路两端，全反射镜前分别设置1/4波片；一对全反射镜之间的距离随分离单元级数倍增，其向子脉冲引入的延时量线性增加；每级分离单元整体相对上一级围绕入射光路旋转45度。

另一优选的，所述脉冲分离/合成装置的分离单元由两个光纤式偏振分束器和两段单模保偏光纤构成，前端的光纤式偏振分束器将入射光分成两路分别耦合入两段单模保偏光纤，后端的光纤式偏振分束器将两段单模保偏光纤中的光合成为一路；两段单模保偏光纤的长度差随分离单元级数倍增，其向子脉冲引入的延时量线性增加；每级的单模保偏光纤熔接时，将其慢轴相对前级呈45度熔接。

脉冲分离/合成模块原理为，按照相互垂直的偏振态，引入不同的延时，将脉冲在时域上分成多个子脉冲，或者将多个子脉冲合成一个脉冲。

本发明高能脉冲分离压缩由激光输入、偏振选择、脉冲分离/合成、脉冲压缩、偏振反转光路反射及高能激光输出共六个部分组成。所述的脉冲脉冲压缩装置处在脉冲分离/合成模块和偏振反转光路反射模块之间，入射激光脉冲两次经过脉冲压缩装置，两次进入脉冲压缩装置时偏振态相互垂直。激光输入后，经过偏振选择模块，得到线偏振态的激光脉冲，然后经过脉冲分离模块，在时域上按照偏振态彼此垂直的方式，分成2的整数次方个子脉冲，对应的脉冲能量降低，再进入脉冲压缩装置，进行脉冲宽度的第一次压缩。第一次压缩后，脉冲入射到偏振反转光路反射模块，偏振态旋转90度，传播方向与之前相反，再次经过脉冲压缩装置，进行脉冲宽度的第二次压缩，第二次压缩后的脉冲经过脉冲合成模块，多个子脉冲合成为一个，单脉冲能量增加，最后再经过偏振选择模块，从高能激光输出模块出射。

本发明技术方案具有以下优点：

1.将脉冲分离技术与脉冲压缩技术结合，降低脉冲压缩装置中激光的单脉冲能量，在现有脉冲压缩装置的材料和损伤阈值条件下，实现更高能量的超短激光脉冲输出；

2.入射脉冲两次经过脉冲压缩装置，进行了两次压缩，色散补偿量增大，总的补偿量是单次经过脉冲压缩装置的两倍；

3.采用色散补偿光纤或光子晶体光纤作为压缩元件，能在全光纤结构的激光系统中实现高能超短脉冲输出。

附图说明

图1为本发明方法原理示意图；

图2为本发明实施例1使用双折射晶体和棱镜的压缩装置结构示意图；

图3为本发明实施例2使用偏振分束晶体和光栅的压缩装置结构示意图；

图4为本发明实施例3全光纤式压缩方法的结构示意图。

其中：

1.脉冲激光光源；       2.偏振选择装置；

211.1/2波片；          212.偏振分束晶体

231.光纤式偏振控制器； 232.光纤式偏振分束器；

3.脉冲分离/合成装置；  311.双折射晶体；

321.偏振分束晶体；     322. 1/4波片；     323.全反射镜；

331.光纤式偏振分束器； 332.单模保偏光纤；

4.脉冲压缩装置；       41.棱镜对；        42.光栅对；

421.全反射镜；         43.色散补偿光纤；

5.法拉第旋转反射镜；   6.全反射镜。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明做进一步说明，以便更好地理解本发明。

实施例1

基本原理如图1所示，所述高能脉冲分离压缩方法由激光输入、偏振选择、脉冲分离/合成、脉冲压缩、偏振反转光路反射及高能激光输出共六个部分组成。所述的脉冲压缩过程处在脉冲分离/合成和偏振反转光路反射之间，入射激光脉冲两次经过脉冲压缩，实现两级压缩。入射脉冲激光输入后，经过偏振选择，得到线偏振态的激光脉冲，然后经过N级脉冲分离，在时域上按照偏振态彼此垂直的方式，分成2^N个子脉冲，对应的脉冲能量降低；再进行脉冲宽度的第一次压缩，第一次压缩后，脉冲进行偏振旋转和光路反转，偏振态旋转90度，传播方向与之前相反，光路逆向，再次进行脉冲宽度的第二次压缩，第二次压缩后的脉冲经过脉冲合成将多个子脉冲合成为一个，单脉冲能量增加，最后再经过偏振选择将高能激光输出。

脉冲激光光源1可采用掺钛蓝宝石激光器(Ti:S)、镁橄榄石激光器(Cr:F)，掺镱、铒光纤激光器(Yb、Er-fiber)等任意波长的超短脉冲激光器，也可以采用放大器输出的高能长脉冲作为入射激光，传统固体激光器和光纤激光器均可。

图2所示为实施例1基于双折射晶体和棱镜对的压缩结构。

1.入射激光由脉冲激光光源1出射到达偏振选择装置2进行偏振态的选择，使得透过偏振分束晶体212的线偏振态激光功率达到最大，偏振选择装置2包括1/2波片211和偏振分束晶体212；入射光可以是线偏振光或椭圆偏振光；当入射光为线偏振时，通过调节1/2波片211，可以使得入射到偏振分束晶体212的线偏光偏振方向和偏振分束晶体的透过偏振方向一致，保证线偏光全部透过偏振分束晶体212；当入射光为椭圆偏振态时，通过调节1/2波片211，可以使得入射到偏振分束晶体212的椭圆光的长轴方向和偏振分束晶体的透过偏振方向一致，保证椭偏光的最大偏振分量透过偏振分束晶体212。上述两种情况时，经过偏振分束晶体212后输出光的偏振态均为线偏振态。

2.线偏振态的激光经过双折射晶体311构成的N级脉冲分离/合成装置3之后，在时域上被分成2^N个子脉冲，N为脉冲的展宽级数。

本实施例中每一级分离单元都由两块双折射晶体材质的平板重叠拼合而成，两平板光轴相对拼合界面镜像对称，脉冲激光入射与出射均垂直平板表面；初始入射的线偏光从左侧垂直双折射晶体311晶面入射，在左侧双折射晶体中发生双折射走离成o光和e光；调节初始入射线偏光的偏振方向，使其在o光和e光偏振方向的分量强度较为一致；因为左侧双折射晶体主截面与入射面重合，因此双折射的o光(寻常光)和e光(非寻常光)的主平面都与主截面重合，其中o光偏振方向垂直于主平面，e光偏振方向在主平面内；分离的两束光在左、右双折射晶体分界面入射右侧双折射晶体；因为左、右双折射晶体平板形状和光轴都相对于分界面呈镜像对称，因此光束在内部的折射方向也满足镜像对称，即在右侧双折射晶体中，分离入射的o光和e光在出射表面重新汇合成一束光，右侧平板出射光方向垂直出射表面，且与左侧平板入射光传播方向重合。

然而，由于o光和e光两束光在双折射晶体311内部折射率不同，且路径也不相同，因此两光产生时延，原来的单一脉冲因时延分裂为两个偏振方向相互垂直的子脉冲；在双折射率不变的情况下，时延与每一级分离单元双折射晶体311的总厚度成正比，因此双折射晶体311的总厚度随展宽级数倍增，子脉冲引入的延时量也线性增加。

为确保展宽后汇聚为一束的多个子脉冲可以再次发生双折射，使每级的分离单元整体相对前一级围绕入射光路旋转45度，则每级的双折射晶体平板的光轴与前一级对应的光轴相比也绕入射光路(即入射表面法线)方向旋转45度，这样保证偏振方向相互垂直的两个子脉冲各自均产生新的且强度一致的o光和e光分量；当然，也可以通过在每级双折射晶体间加入1/2波片，使出射的线偏振子脉冲偏振方向发生旋转，从而实现与旋转分离单元类似的效果。每经过一级展宽，子脉冲数量加倍，N级展宽后的子脉冲数量为2^N，峰值功率与输入激光相比降低为原来的1/2^N。

3.经过脉冲分离/合成装置3之后，峰值功率较低的2^N个子脉冲入射到由棱镜对41构成的脉冲压缩装置4中，由于子脉冲峰值功率低，可以用低抗损伤阈值的棱镜对实现脉冲的第一次压缩。

第一次压缩后的子脉冲经过法拉第旋转反射镜5，偏振方向旋转90度，传播方向沿入射方向返回，再一次经过棱镜对41，实现脉冲的第二次压缩，压缩量与单次通过脉冲压缩装置相比，提高了两倍。

其中，法拉第旋转反射镜5由前端的法拉第旋转器和后端的全反射镜组成，第一次压缩后的子脉冲经过法拉第旋转器时，偏振方向旋转45度，经过全反射镜反射后再次经过法拉第旋转器，偏振方向又旋转45度，进行二次压缩的所有偏振分离的子脉冲的偏振方向均改变90度。

4.两次压缩后的子脉冲序列反向再次入射脉冲分离/合成装置3，由于各个子脉冲的偏振方向相比正向入射分离时旋转了90度，对于每级分离单元，原本的o光和e光分量互易，逆向通过多级分离单元，补偿了原先展宽时引入的偏振分离子脉冲o光和e光的延时，实现不同偏振方向的分离子脉冲的合成。即偏振方向相互垂直的子脉冲互换偏振方向，再逆向通过由多级双折射晶体311组成的脉冲分离/合成装置3会起到脉冲合成的作用，将2^N个子脉冲按照偏振态合成为一个高峰值功率的激光脉冲。

5.合成后的高峰值功率脉冲反向到达偏振分束晶体212，因偏振方向与偏振分束晶体的透过偏振方向正交，高峰值功率脉冲从反射端口输出。

实施例2

如图3为基于偏振分束晶体和光栅对的压缩结构示意图。

1.激光输入和偏振选择与实施例1相同。

2.线偏振态的激光经过N级脉冲分离/合成装置3之后，在时域上被分成2^N个子脉冲，N为脉冲的展宽级数。

脉冲分离/合成装置3由偏振分束晶体321、1/4波片322和全反射镜323组合而成，结构如图3所示；偏振分束晶体的工作方式为：将入射光分成偏振方向彼此垂直的两束光，以图3所示视角方向为例，设定使其中偏振方向平行于纸面的光沿入射方向继续传播，偏振方向垂直于纸面的光在偏振分束晶体上发生反射，垂直于入射方向继续传播，依次经过一侧的1/4波片和全反射镜；1/4波片的作用是能使入射到波片上的光产生大小为1/4波长的附加光程差；当一束线偏光入射到偏振分束晶体，调节入射光的偏振方向，使得透射光和反射光强度一致；反射光在一侧经过1/4波片，产生1/4波长的光程差，再经过全反射镜反射沿原路返回，又经过一次1/4波片，再产生1/4波长的光程差；这样，通过一个1/4波片322和一个全反射镜323配合就给入射光引入了1/2波长的附加光程差，对于线偏光来说，选定振动面与1/4波片主截面的夹角，可使其偏振方向改变90度；此时，在偏振分束晶体上反射的垂直于纸面偏振态的光，经过1/4波片和反射镜后，偏振态旋转90度，成为水平偏振态的光，再次入射到偏振分束晶体可直接透过；然后经过另一侧选定角度的1/4波片和全反射镜，偏振方向可再旋转90度，成为垂直偏振态的光，此时再次入射到偏振分束晶体，被反射后出射。

因为初始被反射的偏振方向垂直纸面的子脉冲在两个全反射镜之间传播，行进的空间距离增加，产生了延时；时延随每一级分离单元偏振分束晶体321两侧的全反射镜323的空间距离线性增长；使每一级分离单元的两块全反射镜之间的空间距离随展宽级数倍增。

为确保展宽后汇聚为一束的多个子脉冲可以在下一级的偏振分束晶体上分束，使每级的分离单元整体相对前一级围绕入射光路旋转45度，则每级的双折射晶体平板的光轴与前一级对应的光轴相比也绕入射光路方向旋转45度，这样保证偏振方向相互垂直的两个子脉冲各自均可经分束产生新的子脉冲分量；每经过一级展宽，子脉冲数量加倍，N级展宽后的子脉冲数量为2^N，峰值功率与输入激光相比降低为原来的1/2^N。

3.脉冲压缩装置4采用光栅对42与全反射镜421配合构成，与实施例1结构基本相同，具体光路稍有差别。如图3，自脉冲分离/合成装置3出射的脉冲光束擦着全反射镜6上沿入射进入光栅对42，穿过光栅对42后再经过全反射镜421反射，再次穿过光栅对42，完成第一次压缩。第一次压缩后的出射光位置比入射时略微下降，经全反射镜6反射进入法拉第旋转反射镜5。自法拉第旋转反射镜5出射的脉冲光束偏振方向旋转90度，传播方向反向，沿入射光路反向进入光栅对42，进行第二次压缩。

4.第二次压缩后自光栅对42出射的的脉冲光束沿着全反射镜6上沿光路返回脉冲分离/合成装置3的最后一级偏振分束晶体，携带多个子脉冲的光束逆向通过整个脉冲分离/合成装置3实现脉冲合成，原理与实施例1相同，不再赘述。最终将2^N个子脉冲按照偏振态合成为一个高峰值功率的激光脉冲。

5.高峰值功率脉冲输出与实施例1相同。

实施例3

本实施例为全光纤式压缩的技术方案，见图4所示。

1.激光输入和偏振选择与实施例2基本相同，由光纤式偏振控制器231代替1/2波片，由光纤式偏振分束器232代替偏振分束晶体。

2.脉冲分离与实施例2基本相同，脉冲分离/合成装置3由两个光纤式偏振分束器331和两段单模保偏光纤332构成，前端的光纤式偏振分束器将入射光分成偏振方向彼此垂直的两路脉冲光，分别耦合入两段单模保偏光纤；其中一路的光纤长度较长，为该路脉冲引入延时；在后端的光纤式偏振分束器中将两段单模保偏光纤输出的时域分离的脉冲光合成为一路；两段单模保偏光纤的长度差随分离单元级数倍增，其向子脉冲引入的延时量也成倍增加。

为保证每级每个子脉冲均得到展宽，在每级的单模保偏光纤熔接时，将其慢轴相对前级呈45度熔接，相当于将入射下一级分离单元的每个子脉冲的偏振方向均旋转45度。每经过一级展宽，子脉冲数量加倍，N级展宽后的子脉冲数量为2^N，峰值功率与输入激光相比降低为原来的1/2^N。

3.脉冲压缩装置4可由色散补偿光纤或者光子晶体光纤构成，图4中所示是色散补偿光纤43，与法拉第旋转反射镜5配合使入射脉冲光束的两次通过色散补偿光纤43进行压缩。

4.第二次压缩后，脉冲光束中的子脉冲偏振方向已发生90度旋转，自色散补偿光纤43出射的脉冲光束沿光路返回脉冲分离/合成装置3最后一级后端的光纤式偏振分束器331，携带多个子脉冲的光束逆向通过整个脉冲分离/合成装置3实现脉冲合成，原理与实施例1和2均相同，不再赘述。最终将2^N个子脉冲按照偏振态合成为一个高峰值功率的激光脉冲。

5.合成后的高峰值功率脉冲沿光路反向到达光纤式偏振分束器232，高峰值功率脉冲从反射端口输出。

本发明各部分装置组合并不限于实施例中所述的组合方式，功能相同的组件可替换使用，如实施例1中分离单元的双折射晶体也可以和实施例2中脉冲压缩装置中的光栅对配合使用。

应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并非具体实施方式的穷举，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高能脉冲激光分离压缩方法，其特征在于，包括：

步骤Ⅰ、对输入的脉冲激光进行偏振选择，得到所需偏振方向的线偏振激光脉冲；

步骤Ⅱ、将所述线偏振激光脉冲在时域上进行N级分离：每级分离时，先将入射激光分离为偏振方向彼此垂直两束激光，此时一个脉冲被分为一对偏振方向彼此垂直的子脉冲；再对其中一束激光引入延时，使每对所述偏振方向彼此垂直的子脉冲在时域上分离；再将分离后的两束激光汇聚为一束，该光束中包含的脉冲数量加倍；经过N级分离后，得到一束包含2^N个子脉冲的脉冲激光；

步骤Ⅲ、将所述2^N个子脉冲进行压缩；

步骤Ⅳ、将压缩后的2^N个子脉冲合成为一个高能激光脉冲；

步骤Ⅴ、输出压缩后的高能脉冲激光。

2.根据权利要求1所述的高能脉冲激光分离压缩方法，其特征在于：

步骤Ⅲ中，所述2^N个子脉冲进行压缩时，子脉冲先通过压缩装置进行第一次压缩，再将压缩后出射的子脉冲光路反转，使其沿原光路反向入射至压缩装置中进行第二次压缩。

3.根据权利要求1或2任一项所述的高能脉冲激光分离压缩方法，其特征在于：

步骤Ⅳ中，所述2^N个子脉冲合成为子脉冲分离的逆向过程，合成时将压缩后的各子脉冲偏振方向均旋转90度并沿原光路反向入射至用于脉冲分离的光学单元，出射时全部子脉冲合成为一个高峰值功率激光脉冲。

4.一种高能脉冲激光分离压缩装置，其特征在于：包括光路中顺序设置的脉冲激光光源、偏振选择装置、脉冲分离/合成装置、脉冲压缩装置和偏振反转装置，其中：

脉冲激光自所述脉冲激光光源出射，经偏振选择装置得到线偏振光，该线偏振脉冲入射脉冲分离/合成装置；

所述脉冲分离/合成装置包括多级分离单元，入射激光逐级依次入射分离单元，每级分离单元光轴均与入射光路存在固定的夹角；每级分离单元整体相对前一级绕入射光路旋转一定角度或在每级分离单元间放置有1/2波片，调节光轴与入射脉冲偏振方向的夹角，使入射每级分离单元的每个脉冲均可分解为一对偏振方向相互垂直的脉冲分量，形成一对子脉冲；分离单元对其中一个子脉冲引入延时，使偏振方向相互垂直的成对子脉冲在时域上分离，设置分离单元使其引入的延时量随级数增加而逐渐增大；

自脉冲分离/合成装置出射的脉冲光束入射脉冲压缩装置，脉冲压缩装置出射的脉冲光束入射偏振反转装置后各个脉冲偏振方向旋转90度，同时脉冲光束沿原出射光路逆向传播形成反转光路；

偏振选择装置将沿反转光路入射的脉冲光束输出。

5.根据权利要求4所述的高能脉冲激光分离压缩装置，其特征在于：所述偏振选择模块为偏振分束晶体或光纤式偏振分束器。

6.根据权利要求4所述的高能脉冲激光分离压缩装置，其特征在于：所述脉冲压缩装置为偏振不敏感的压缩单元，对偏振方向相互垂直的激光均能实现压缩作用；压缩单元为光栅对、棱镜对、色散补偿光纤或光子晶体光纤。

7.根据权利要求4所述的高能脉冲激光分离压缩装置，其特征在于：所述偏振反转装置为法拉第旋转反射镜，包括前端的法拉第旋转器和后端的全反射镜。

8.根据权利要求4至7任一项所述的高能脉冲激光分离压缩装置，其特征在于：所述脉冲分离/合成装置的每级分离单元由两块厚度相同的双折射晶体平板重叠拼合而成，两平板光轴相对拼合界面镜像对称，脉冲激光入射与出射均垂直平板表面；平板厚度随分离单元级数倍增，其向子脉冲引入的延时量线性增加；每级分离单元整体相对前一级围绕入射光路旋转45度。

9.根据权利要求4至7任一项所述的高能脉冲激光分离压缩装置，其特征在于：所述脉冲分离/合成装置的每级分离单元由偏振分束晶体、两个1/4波片和一对全反射镜组成，偏振分束晶体置于入射光路中，入射光分束垂直于入射方向；一对全反射镜分别位于偏振分束晶体分束光路两端，全反射镜前分别设置1/4波片；一对全反射镜之间的距离随分离单元级数倍增，其向子脉冲引入的延时量线性增加；每级分离单元整体相对前一级围绕入射光路旋转45度。

10.根据权利要求4至7任一项所述的高能脉冲激光分离压缩装置，其特征在于：所述脉冲分离/合成装置的每级分离单元由两个光纤式偏振分束器和两段单模保偏光纤构成，前端的光纤式偏振分束器将入射光分成两路分别耦合入两段单模保偏光纤，后端的光纤式偏振分束器将两段单模保偏光纤中的光合成为一路；两段单模保偏光纤的长度差随分离单元级数倍增，其向子脉冲引入的延时量线性增加；每级的单模保偏光纤熔接时，将其慢轴相对前级呈45度熔接。