CN108767629B - 大能量有源多程啁啾脉冲展宽器 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种大能量有源多程啁啾脉冲展宽器，属于激光领域。所述的展宽器包括：激光注入导出结构；光栅展宽结构，用于对激光的时域展宽；多程控制结构，用于控制激光通过光栅程数；有源激光放大结构，对激光脉冲进行放大，用于弥补光栅衍射的能量损失。相对传统展宽器结构，具有以下明显优势：能够通过展宽程数灵活控制所需要的展宽量，通过边展宽边放大的方式提高展宽器的透过率，能够支持大能量的展宽输出，能够实现脉冲时域上的大展宽量，能够获得光束质量的展宽输出等。

Description

大能量有源多程啁啾脉冲展宽器
技术领域
本发明属于激光技术领域，涉及激光时域展宽，特别是一种大能量有源多程啁啾脉冲展宽器。
背景技术
啁啾脉冲放大技术以及光学参量啁啾脉冲放大技术是目前最为热门的高功率、大能量激光放大技术，是发展超强超短激光系统峰值功率并逐步提升的关键技术。这两项技术均需要将激光在时域上从飞秒量级展宽至纳秒量级，从而避免在后续放大过程中的器件损伤以及非线性效应等负面影响。基于传统光栅的展宽装置，无法灵活调节展宽能力，同时受限于光栅的衍射效率，展宽器的透过率仅有20％左右，展宽输出后的激光能量有所下降。同时受限于光栅尺寸，无法在单程展宽器结构中获得理想的展宽效果。随着对于更强更高激光放大输出的需求，迫切需要基于现有光栅尺寸，能够实现更大展宽能力、脉宽可控的展宽效果、以及高展宽效率、大能量的激光展宽器装置。
发明内容
为了增加激光展宽装置的展宽能力、增加展宽灵活性、提高展宽效率、提高展宽器输出能量和光束质量，本发明提出一种大能量有源多程啁啾脉冲展宽器。
本发明的技术解决方案如下：
一种大能量有源多程啁啾脉冲展宽器，其特点在于，包括：激光注入导出结构；光栅展宽结构，用于对激光的时域展宽；多程控制结构，用于控制激光通过光栅程数；有源激光放大结构，对激光脉冲进行放大，用于弥补光栅衍射的能量损失；激光经激光注入导出结构导出，依次通过多程控制结构、有源激光放大结构和光栅展宽结构，再原路返回到有源激光放大结构和多程控制结构，以此往复N次，通过激光注入导出结构导出展宽后的激光。
激光注入导出结构：激光注入导出结构包括第一薄膜偏振片、法拉第旋光器、二分之一波片；
光栅展宽结构：用于对激光的时域展宽，包括第一光栅、第二光栅、第一凸透镜、第二凸透镜、第二平面反射镜。激光通过有源放大结构后，经第一光栅衍射，分别经过第一凸透镜和第二凸透镜，经第二光栅衍射至第二平面反射镜，激光经反射后沿原光路返回至有源放大结构，所述的第一凸透镜和第二凸透镜焦距相同，且间距为两者焦距之和，所述的第一光栅和第二光栅与光轴形成的角度满足光栅衍射原理；
多程控制结构：用于控制激光通过光栅程数，包括第二薄膜偏振片、普克尔盒、四分之一波片和第一平面反射镜，所述的普克尔盒在工作时应施加四分之一波电压；
有源激光放大结构：对激光脉冲进行放大，用于弥补光栅衍射的能量损失，位于第一平面反射镜和第二平面反射镜之间，且激光束经有源激光放大结构的激光晶体中心，且激光放大结构能够对入射激光提供宽带增益。
本发明的优点在于：
1、在传统展宽器内引入宽带激光增益，实现激光的边展宽边放大，大幅度提高展宽器的透过效率。
2、所发明的展宽器的光学元件上没有聚焦光束，能够支持大能量的展宽输出。
3、所发明的多程展宽器可以通过提高展宽程数来调控脉冲展宽宽度，可以实现大展宽量的输出；
4、传统展宽器输出的光束通常带有像散等像差，光束质量差。本发明所述的展宽器类似一个再生放大器的构型，其输出的激光光束质量由腔结构决定，能够输出近衍射极限的光束质量。
附图说明
图1是本发明的光路图
具体符号说明如下：
1-第一薄膜偏振片
2-法拉第旋光器
3-二分之一波片
4-第一平面反射镜
5-四分之一波片
6-普克尔盒
7-第二薄膜偏振片
8-有源激光放大结构
9-第一光栅
10-第一凸透镜
11-第二凸透镜
12-第二光栅
13-第二平面反射镜
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。
图1是本发明实施例所示的多程可控有源光栅展宽器的结构示意图，该展宽器包括：激光注入导出结构；光栅展宽结构，用于对激光的时域展宽；多程控制结构，用于控制激光通过光栅程数；有源激光放大结构，对激光脉冲进行放大，用于弥补光栅衍射的能量损失。
本发明中的激光注入导出结构包括第一薄膜偏振片1、法拉第旋光器2、二分之一波片3。通过第一薄膜偏振片1的水平偏振激光，经过法拉第旋光器2后，偏振方向旋转了45°，通过调整二分之一波片3的角度，使得激光通过波片后同方向再次旋转45°转变为垂直偏振的激光，注入到多程控制结构。从多程控制装置输出的垂直偏振激光，依次通过二分之一波片3和法拉第旋光器2，由于法拉第旋光器2的偏振旋转角度与光线传播方向无关，激光的偏振方向不变，从第一薄膜偏振片1输出。
本发明中的光栅展宽结构包括第一光栅9、第二光栅12、第一凸透镜10、第二凸透镜11和第二平面反射镜13。激光经第一光栅衍射9，分别通过第一凸透镜10和第二凸透镜11后，经第二光栅12衍射至第二平面反射镜13，激光经反射后沿原光路返回至有源放大结构8。
第一凸透镜10和第二凸透镜11焦距相同，且间距为两者焦距之和。
第一光栅9和第二光栅12摆放位置与光轴形成的角度满足光栅衍射原理。
本发明中的有源激光放大结构位于第一平面反射镜4和第二平面反射镜13之间，且激光经激光晶体中心通过有源激光放大结构8。
本发明中的多程控制结构包括第二薄膜偏振片7、普克尔盒6、四分之一波片5和第一平面反射镜4。由注入导出装置注入的激光依次经过普克尔盒6、四分之一波片5，经由第一平面反射镜4反射再次经过四分之一波片5和普克尔盒6。此时普克尔盒6未施加电压，对激光偏振方向无影响，激光两次经过四分之一波片5后，偏振方向由垂直偏振转换为水平偏振，通过第二薄膜偏振片7注入到有源激光放大结构8中。此后，在普克尔盒6上施加四分之一波电压，等效为一个四分之一波片，待激光经过有源激光放大结构8、光栅展宽结构原路反射回来后，分别经过已施加电压的普克尔盒6、四分之一波片5并反射后再次通过，激光偏振不变化，再次注入到有源激光放大结构8中，形成第二程的放大展宽。
经过上述的普克尔盒6改变激光脉冲偏振，实现激光的导入导出，通过控制电压开启的时间来控制激光脉冲在腔内放大的次数，实现宽带激光脉冲的边展宽边放大，在获得所需要的展宽量之后，在激光脉冲返回之前，关闭普克尔盒6的电压，激光依次通过普克尔盒6、四分之一波片5并经第一平面反射镜4反射后，激光偏振方向由水平偏振旋转为垂直偏振，经由第二薄膜偏振片7输出。

Claims (4)

1.一种大能量有源多程啁啾脉冲展宽器，其特征在于，包括：激光注入导出结构；光栅展宽结构，用于对激光的时域展宽；多程控制结构，用于控制激光通过光栅程数；有源激光放大结构，对激光脉冲进行放大，用于弥补光栅衍射的能量损失；激光经激光注入导出结构导出，依次通过多程控制结构、有源激光放大结构和光栅展宽结构，再原路返回到有源激光放大结构和多程控制结构，以此往复N次，通过激光注入导出结构导出展宽后的激光；
所述的多程控制结构包括第一平面反射镜(4)、四分之一波片(5)、普克尔盒(6)和第二薄膜偏振片(7)；注入激光经第二薄膜偏振片(7)反射后，依次经普克尔盒(6)和四分之一波片(5)入射到第一平面反射镜(4)，经该第一平面反射镜(4)反射后原路返回依次经过四分之一波片(5)和普克尔盒(6)，此时普克尔盒(6)未施加电压，对激光偏振方向无影响，激光两次经过四分之一波片(5)后，偏振方向由垂直偏振转换为水平偏振，通过第二薄膜偏振片(7)注入到有源激光放大结构(8)中，此后，在普克尔盒(6)上施加四分之一波电压，等效为一个四分之一波片，待激光经过有源激光放大结构(8)、光栅展宽结构原路反射回来后，分别经过已施加电压的普克尔盒(6)、四分之一波片(5)并反射后再次通过，激光偏振不变化，通过第二薄膜偏振片(7)再次注入到有源激光放大结构(8)中，形成第二程的放大展宽，在获得所需要的展宽量之后，在激光脉冲返回普克尔盒(6)之前，关闭普克尔盒(6)的电压，激光依次通过普克尔盒(6)、四分之一波片(5)并经第一平面反射镜(4)反射后再次通过四分之一波片(5)和未加电的普克尔盒(6)，激光偏振方向由水平偏振旋转为垂直偏振，经由第二薄膜偏振片(7)输出；
所述的光栅展宽结构包括第一光栅(9)、第一凸透镜(10)、第二凸透镜(11)、第二光栅(12)和第二平面反射镜(13)，激光通过有源激光放大结构(8)后，经第一光栅(9)衍射后依次经第一凸透镜(10)和第二凸透镜(11)透射后，经第二光栅(12)衍射后入射到第二平面反射镜(13)，经该第二平面反射镜(13)反射后沿原光路返回至有源激光放大结构(8)；
所述的有源激光放大结构位于第一平面反射镜和第二平面反射镜之间，且激光束经有源激光放大结构的激光晶体中心，能够对入射激光提供宽带增益。
2.根据权利要求1所述的大能量有源多程啁啾脉冲展宽器，其特征在于，所述的激光注入导出结构包括第一薄膜偏振片(1)、法拉第旋光器(2)和二分之一波片(3)，通过第一薄膜偏振片(1)的水平偏振激光，经过法拉第旋光器(2)后，偏振方向旋转了45°，通过调整二分之一波片(3)的角度，使得激光通过波片后同方向再次旋转45°转变为垂直偏振的激光注入多程控制结构。
3.根据权利要求1所述的大能量有源多程啁啾脉冲展宽器，其特征在于，所述的第一凸透镜(10)、第二凸透镜(11)焦距相同，且间距为焦距之和。
4.根据权利要求1所述的大能量有源多程啁啾脉冲展宽器，其特征在于，所述的第一光栅(9)和第二光栅(12)与光轴形成的角度满足光栅衍射原理。
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