CN113078539B - 一种重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置及其实现方法。本发明在CPA系统中加入分光回光器和分光器，将展宽器置入分光回光器中，在第一放大器和第二放大器之间放置分光器，分光回光器将不同时间的脉冲空间分开，并且通过分光器将脉冲分别传输至两个压缩器；分光回光器采用第一和第二普克尔盒控制脉冲的偏振状态，并配合偏振分光镜控制脉冲的路径；第一脉冲经过两次展宽，因此脉冲的宽度更长，适合更高能量放大；第二脉冲经过一次展宽器展宽，脉冲宽度相对较短，适合低能放大，第一压缩器的双光栅间距较短，能够减小光栅尺寸，降低成本，从而实现将一套CPA系统同时输入到多个靶场使用，提高激光的使用率。

Description

一种重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置及其实现方法
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置及其实现方法。
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等离子相互作用中。
常见的CPA系统采用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。其中展宽器根据最终要放大的目标能量来决定引入的展宽量，放大的目标能量越大，引入的展宽量越多，展宽后的脉宽越长。展宽后脉宽越长，则压缩器需要提供的色散越多，这要求光栅对压缩器中光栅对间距变大，从而增大光栅尺寸，增加成本。
在放大过程中，高能激光泵浦源由于热管理问题，能量越高，激光重复频率越低，这导致CPA放大的激光会不停地降低频率，在降低频率也就是我们说的选单，在选单的时候是多个脉冲选一个，剩余的丢掉，且百TW或PW激光的成本极高，这对激光资源而言是极大的浪费。
发明内容
为了解决以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置及其实现方法，将一套激光系统同时输入到多个靶场使用，极大提高了激光的使用率。
CPA系统依次包括振荡器、展宽器、放大器组和压缩器组；其中，放大器组中至少包含两个放大器分别为第一放大器和第二放大器，第一放大器之后为第二放大器；压缩器组包括第一压缩器和第二压缩器；振荡器产生超短脉冲作为种子源，种子源经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长激光脉冲，从展宽器出来的脉冲的偏振状态为水平偏振；再进入放大器组放大能量，获得高能量激光脉冲；高能量激光脉冲最后通过压缩器组将脉冲的时间尺度压缩。
本发明的一个目的在于提出一种重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置。
本发明的重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置包括：在CPA系统中加入分光回光器和分光器；展宽器位于分光回光器中；在第一放大器和第二放大器之间放置分光器；
分光回光器具有分光和选择性回光功能，分光为时域分光，即将不同时间的脉冲在空间上分开，分光回光器包括：第一普克尔盒、第二普克尔盒、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜、第一平面反射镜和第二平面反射镜；其中，第一普克尔盒和第二普克尔盒为电光器件，在0电压表现为全波片，对脉冲的偏振状态没有影响，施加半波电压时，叠加的光学性质表现为半波片，使脉冲的偏振状态旋转90°，通过控制第一和第二普克尔盒的电压，实现调控脉冲的偏振状态；第一偏振分光镜和第二偏振分光镜为水平偏振的脉冲透过，垂直偏振的脉冲反射；
分光器包括第三普克尔盒以及第三偏振分光镜，其中，第三偏振分光镜为水平偏振的脉冲透过，垂直偏振的脉冲反射，第三普克尔盒在0电压表现为全波片，对脉冲的偏振状态没有影响，施加半波电压时，叠加的光学性质表现为半波片，使脉冲的偏振状态旋转90°；
初始脉冲为周期性脉冲，对第一至第三普克尔盒施加高压为周期性加压，其周期为脉冲的周期的二倍，施加高压为半波电压；对第一普克尔盒和第二普克尔盒的加压时刻和加压时长相同，即对于第一普克尔盒和第二普克尔盒加压的初始时刻t0相同，经过相同的加压时长Δt，即在时刻t0+Δt时刻，对第一普克尔盒和第二普克尔盒撤除高压；第三普克尔盒施加高压的周期与第一和第二普克尔盒施加高压的周期相同；
振荡器输出第一脉冲，初始的第一脉冲为水平偏振，第一脉冲经过第二偏振分光镜透射后进入第二普克尔盒，第一脉冲在经过第二普克尔盒时，此时第二普克尔盒未施加半波电压，第二普克尔盒表现为全波片，对第一脉冲的偏振状态没有影响，第一脉冲从第二普克尔盒输出，第一脉冲进入展宽器时为水平偏振，从展宽器输出仍为水平偏振，在第一脉冲经过第二普克尔盒后且进入第一普克尔盒前对第一普克尔盒开始施加半波电压，第一脉冲经过第一普克尔盒时，第一普克尔盒表现为半波片，经过第一普克尔盒输出，第一脉冲的偏振状态由水平偏振变为竖直偏振，从第一普克尔盒输出的竖直偏振的第一脉冲经过第一偏振分光镜反射，再经第一平面反射镜和第二平面反射镜反射后回到第二偏振分光镜，第一脉冲此时回到第二偏振分光镜的传播方向与第一脉冲第一次经过第二偏振分光镜的传播方向垂直，此时第一脉冲的偏振状态为竖直偏振，第二偏振分光镜对竖直偏振的第一脉冲反射，反射后的第一脉冲至第二普克尔盒时，此时第二普克尔盒已经施加半波电压，第二普克尔盒表现为半波片，经过第二普克尔盒后的第一脉冲的偏振状态由竖直偏振变为水平偏振，第一脉冲经过展宽器进行再次展宽后，输出仍为水平偏振，在第一脉冲第二次经过第二普克尔盒后且第二次进入第一普克尔盒前对第一普克尔盒撤除高压，第一脉冲再次进入第一普克尔盒时，此时第一普克尔盒的高压已撤除，第一普克尔盒表现为全波片，对偏振状态没有影响，再次经过第一普克尔盒出射的第一脉冲为水平偏振，水平偏振的第一脉冲经过第一偏振分光镜透射，传输进入第一放大器，从而第一脉冲经过两次展宽器进行展宽；
第一脉冲经过第一放大器放大后，改变第一脉冲的偏振状态，使得变为竖直偏振，在第一脉冲进入第三普克尔盒前，对第三普克尔盒施加半波电压，竖直偏振的第一脉冲经过第三普克尔盒时，此时第三普克尔盒已经施加半波电压，第三普克尔盒表现为半波片，经过第三普克尔盒出射的第一脉冲的偏振状态由竖直偏振变为水平偏振，在第一脉冲经过第三普克尔盒后且在第二脉冲经过第三普克尔盒前，对第三普克尔盒撤除高压，水平偏振的第一脉冲经过第三偏振分光镜透射，进入第二放大器，再经过第二压缩器进行压缩；
第二脉冲从振荡器输出后，水平偏振的第二脉冲经过第二偏振分光镜透射至第二普克尔盒时，此时第二普克尔盒未施加高压，第二普克尔盒表现为全波片，对第二脉冲的偏振状态没有影响，第二脉冲从第二普克尔盒输出进入展宽器时为水平偏振，从展宽器输出的第二脉冲仍为水平偏振，第二脉冲经过第一普克尔盒时，此时第一普克尔盒未施加高压，第一普克尔盒表现为全波片，第二脉冲经过第一普克尔盒后偏振状态不变，仍然为水平偏振该，水平偏振的第二脉冲经过第一偏振分光镜透射，传输进入第一放大器，第二脉冲仅经过一次展宽器进行展宽；
第二脉冲经过第一放大器放大后，改变第二脉冲的偏振状态，使得变为竖直偏振，竖直偏振的第二脉冲经过第三普克尔盒时，此时第三普克尔盒未施加高压，第三普克尔盒表现为全波片，第二脉冲的偏振状态不变，仍然为竖直偏振，竖直偏振的第二脉冲从第三普克尔盒输出至第三偏振分光镜，经第三偏振分光镜反射进入第一压缩器进行压缩；
从而实现将一套CPA系统同时输入到多个靶场使用，提高激光的使用率。
第一普克尔盒和第二普克尔盒施加高压的时间Δt大于第一脉冲第一次经过第一普克尔盒的时刻到第二次经过第二普克尔盒的时刻的时间差，且小于第一脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻与第一脉冲第二次经过第一普克尔盒的时刻的时间差。通常普克尔盒从0电压施加到高压需要时间，称为普克尔盒的上升时间。第一普克尔盒和第二普克尔盒的上升时间小于第一脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻与第一次经过第一普克尔盒的时刻的差，这段时间是第一脉冲第一次在展宽器中传输的时间。普克尔盒从高压降低到0电压需要时间，称为普克尔盒的下降时间。第一普克尔盒和第二普克尔盒的下降时间小于第一脉冲第二次经过第二普克尔盒的时刻与第二次经过第一普克尔盒的时刻的差，这段时间是第一脉冲第二次在展宽器中传输的时间。第一脉冲每次在展宽器中传输时间相同。
进一步限定第一和第二普克尔盒的上升时间与下降时间均小于2ns，脉冲在展宽器中的传输时间大于10ns。脉冲从第一偏振分光镜经过第一和第二平面反射镜传输回到第二偏振分光镜的时间小于5ns，第一和第二普克尔盒施加高压的时间大于6ns且小于20ns。
在第一放大器后加入半波片，从而改变脉冲的偏振状态由水平偏振变为竖直偏振。
第三普克尔盒施加高压的时刻为t01，第三普克尔盒施加半波电压的时间为Δt1，满足Δt1＞10ns；第三普克尔盒的上升时间和下降时间均小于20ns。
普克尔盒为电光器件，相当于电压控制的波片，包含一个电光晶体以及高压电源，通过在电光晶体上施加高压从而控制电光晶体表现出的光学性质；普克尔盒0电压状态为全波片，对脉冲的偏振状态没有影响；当电光晶体上施加电压后，电光晶体在初始状态上叠加施加电压后的光学性质，如果施加电压后，普克尔盒表现出的叠加光学性质为四分之一波片，此时施加电压成为四分之一波电压；当电光晶体上施加电压后，电光晶体叠加的光学性质表现为半波片时，此时施加电压为半波电压，对脉冲的偏振状态旋转90°。
在本发明中，第一脉冲经过两次展宽，因此脉冲的宽度更长，适合更高能量放大；第二脉冲经过一次展宽器展宽，脉冲宽度相对较短，适合低能放大，此时第一压缩器的双光栅间距较短，能够减小光栅尺寸，降低成本。
本发明的另一个目的在于提出一种重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置的实现方法。
本发明的重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置的实现方法，包括以下步骤：
1)在CPA系统中，将展宽器位于分光回光器中，在第一放大器和第二放大器之间放置分光器；
a)分光回光器具有分光和选择性回光功能，分光为时域分光，即将不同时间的脉冲空间分开，分光回光器包括：第一普克尔盒、第二普克尔盒、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜、第一平面反射镜和第二平面反射镜；其中，第一普克尔盒和第二普克尔盒为电光器件，在0电压表现为全波片，对脉冲的偏振状态没有影响，施加半波电压时，叠加的光学性质表现为半波片，使脉冲的偏振状态旋转90°，通过控制第一和第二普克尔盒的电压，实现调控脉冲的偏振状态；第一偏振分光镜和第二偏振分光镜为水平偏振的脉冲透过，垂直偏振的脉冲反射；
b)分光器包括第三普克尔盒以及第三偏振分光镜，其中，第三偏振分光镜为水平偏振的脉冲透过，垂直偏振的脉冲反射，第三普克尔盒在0电压表现为全波片，对脉冲的偏振状态没有影响，施加半波电压时，叠加的光学性质表现为半波片，使脉冲的偏振状态旋转90°；
2)设定时序参数：
初始脉冲为周期性脉冲，对第一普克尔盒和第二普克尔盒施加高压为周期性加压，其周期为脉冲的周期的二倍，施加高压为半波电压，并且第一普克尔盒和第二普克尔盒的加压时刻和加压时长相同，即对于第一普克尔盒和第二普克尔盒加压的初始时刻t0相同，经过相同的加压时长Δt，即在时刻t0+Δt时刻，第一普克尔盒和第二普克尔盒不再施加高压；第三普克尔盒施加高压的周期与第一和第二普克尔盒施加高压的周期相同；
3)振荡器输出第一脉冲，初始的第一脉冲为水平偏振，第一脉冲经过第二偏振分光镜透射后进入第二普克尔盒，第一脉冲在经过第二普克尔盒时，此时第二普克尔盒未施加半波电压，第二普克尔盒表现为全波片，对第一脉冲的偏振状态没有影响，第一脉冲从第二普克尔盒输出，第一脉冲进入展宽器时为水平偏振，从展宽器输出仍为水平偏振，在第一脉冲经过第二普克尔盒后且进入第一普克尔盒前对第一普克尔盒开始施加半波电压，第一脉冲经过第一普克尔盒时，第一普克尔盒表现为半波片，经过第一普克尔盒输出，第一脉冲的偏振状态由水平偏振变为竖直偏振，从第一普克尔盒输出的竖直偏振的第一脉冲经过第一偏振分光镜反射，再经第一平面反射镜和第二平面反射镜反射后回到第二偏振分光镜，第一脉冲此时回到第二偏振分光镜的传播方向与第一脉冲第一次经过第二偏振分光镜的传播方向垂直，此时第一脉冲的偏振状态为竖直偏振，第二偏振分光镜对竖直偏振的第一脉冲反射，反射后的第一脉冲至第二普克尔盒时，此时第二普克尔盒已经施加半波电压，第二普克尔盒表现为半波片，经过第二普克尔盒后的第一脉冲的偏振状态由竖直偏振变为水平偏振，第一脉冲经过展宽器进行再次展宽后，输出仍为水平偏振，在第一脉冲第二次经过第二普克尔盒后且第二次进入第一普克尔盒前对第一普克尔盒撤除高压，第一脉冲再次进入第一普克尔盒时，此时第一普克尔盒的高压已撤除，第一普克尔盒表现为全波片，对偏振状态没有影响，再次经过第一普克尔盒出射的第一脉冲为水平偏振，水平偏振的第一脉冲经过第一偏振分光镜透射，传输进入第一放大器，从而第一脉冲经过两次展宽器进行展宽；
4)第一脉冲经过第一放大器放大后，改变第一脉冲的偏振状态，使得变为竖直偏振，在第一脉冲进入第三普克尔盒前，对第三普克尔盒施加半波电压，竖直偏振的第一脉冲经过第三普克尔盒时，此时第三普克尔盒已经施加半波电压，第三普克尔盒表现为半波片，经过第三普克尔盒出射的第一脉冲的偏振状态由竖直偏振变为水平偏振，在第一脉冲经过第三普克尔盒后且在第二脉冲经过第三普克尔盒前，对第三普克尔盒撤除高压，水平偏振的第一脉冲经过第三偏振分光镜透射，进入第二放大器，再经过第二压缩器进行压缩；
5)第二脉冲从振荡器输出后，水平偏振的第二脉冲经过第二偏振分光镜透射至第二普克尔盒时，此时第二普克尔盒未施加高压，第二普克尔盒表现为全波片，对第二脉冲的偏振状态没有影响，第二脉冲从第二普克尔盒输出进入展宽器时为水平偏振，从展宽器输出的第二脉冲仍为水平偏振，第二脉冲经过第一普克尔盒时，此时第一普克尔盒未施加高压，第一普克尔盒表现为全波片，第二脉冲经过第一普克尔盒后偏振状态不变，仍然为水平偏振该，水平偏振的第二脉冲经过第一偏振分光镜透射，传输进入第一放大器，第二脉冲仅经过一次展宽器进行展宽；
6)第二脉冲经过第一放大器放大后，改变第二脉冲的偏振状态，使得变为竖直偏振，竖直偏振的第二脉冲经过第三普克尔盒时，此时第三普克尔盒未施加高压，第三普克尔盒表现为全波片，第二脉冲的偏振状态不变，仍然为竖直偏振，竖直偏振的第二脉冲从第三普克尔盒输出至第三偏振分光镜，经第三偏振分光镜反射进入第一压缩器进行压缩；从而实现将一套CPA系统同时输入到多个靶场使用，提高激光的使用率。
其中，在步骤2)中，第一普克尔盒和第二普克尔盒施加高压的时间Δt大于第一脉冲第一次经过第一普克尔盒的时刻到第二次经过第二普克尔盒的时刻的时间差，且小于第一脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻与第一脉冲第二次经过第一普克尔盒的时刻的时间差。第一普克尔盒和第二普克尔盒的上升时间小于第一脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻与第一次经过第一普克尔盒的时刻的差，这段时间是第一脉冲第一次在展宽器中传输的时间。第一普克尔盒和第二普克尔盒的下降时间小于第一脉冲第二次经过第二普克尔盒的时刻与第二次经过第一普克尔盒的时刻的差，这段时间是第一脉冲第二次在展宽器中传输的时间。第一脉冲每次在展宽器中传输时间相同。
进一步限定第一和第二普克尔盒的上升时间与下降时间均小于2ns，脉冲在展宽器中的传输时间大于10ns。脉冲从第一偏振分光镜经过第一和第二平面反射镜传输回到第二偏振分光镜的时间小于5ns，第一和第二普克尔盒施加高压的时间大于6ns且小于20ns。
在步骤4)和步骤6)中，在第一放大器后加入半波片，从而改变脉冲的偏振状态由水平偏振变为竖直偏振。
在步骤4)中，第三普克尔盒施加高压的时刻为t01，第三普克尔盒施加半波电压的时间为Δt1，满足Δt1＞10ns；第三普克尔盒的上升时间和下降时间均小于20ns。
本发明的优点：
本发明在CPA系统中加入分光回光器和分光器，在展宽器之后置入分光回光器，将展宽器置入分光回光器中，分光回光器将不同时间的脉冲空间分开，并且通过分光器将脉冲分别传输至两个压缩器；第一脉冲经过两次展宽，因此脉冲的宽度更长，适合更高能量放大；第二脉冲经过一次展宽器展宽，脉冲宽度相对较短，适合低能放大，第一压缩器的双光栅间距较短，能够减小光栅尺寸，降低成本，从而实现将一套CPA系统同时输入到多个靶场使用，提高激光的使用率。
附图说明
图1为CPA系统的结构框图；
图2为本发明的重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置的一个实施例的结构框图；
图3为本发明的重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置的一个实施例的分光回光器的结构框图；
图4为本发明的重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置的一个实施例的分光器的结构框图；
图5为本发明的重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置的一个实施例的第一和第二普克尔盒加压以及脉冲经过分光回光器的时序图；
图6为本发明的重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置的一个实施例的整体时序图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，CPA系统依次包括振荡器、展宽器、放大器组和压缩器组；其中，放大器组中至少包含两个放大器分别为第一放大器和第二放大器，第一放大器之后为第二放大器；压缩器组包括第一压缩器和第二压缩器；振荡器产生超短脉冲作为种子源，种子源经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长激光脉冲，从展宽器出来的脉冲的偏振状态为水平偏振；再进入放大器组放大能量，获得高能量激光脉冲；高能量激光脉冲最后通过压缩器组将脉冲的时间尺度压缩。
如图2所示，本实施例的重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置包括：在CPA系统中加入分光回光器和分光器；展宽器位于分光回光器中；在第一放大器和第二放大器之间放置分光器；
如图3所示，分光回光器具有分光和选择性回光功能，分光为时域分光，即将不同时间的脉冲空间分开，分光回光器包括：第一普克尔盒、第二普克尔盒、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜、第一平面反射镜和第二平面反射镜；其中，第一普克尔盒和第二普克尔盒为电光器件，在0电压表现为全波片，对脉冲的偏振状态没有影响，施加半波电压时，叠加的光学性质表现为半波片，使脉冲的偏振状态旋转90°，通过控制第一和第二普克尔盒的电压，实现调控脉冲的偏振状态，在本实施例中，第一至第三普克尔盒的初始状态为全波片，施加高压为半波高压；第一偏振分光镜和第二偏振分光镜为水平偏振的脉冲透过，垂直偏振的脉冲反射；
如图4所示，分光器包括第三普克尔盒以及第三偏振分光镜，其中，第三偏振分光镜为水平偏振的脉冲透过，垂直偏振的脉冲反射，第三普克尔盒在0电压表现为全波片，对脉冲的偏振状态没有影响，施加半波电压时，叠加的光学性质表现为半波片，使脉冲的偏振状态旋转90°；
如图5所示，初始脉冲为周期脉冲，以三个脉冲为例，分别为第一脉冲1，第二脉冲2，第三脉冲3，对第一普克尔盒和第二普克尔盒施加高压为周期性加压，其周期为脉冲的周期的二倍，施加高压为半波电压，并且第一普克尔盒和第二普克尔盒的加压时刻和加压时长相同，即对于第一普克尔盒和第二普克尔盒加压的初始时刻t0相同，经过相同的加压时长Δt，即在时刻t0+Δt时刻，对第一普克尔盒和第二普克尔盒撤除高压；第三普克尔盒施加高压的周期与第一和第二普克尔盒施加高压的周期相同，如图6所示；
如图5所示，振荡器输出第一脉冲，初始的第一脉冲为水平偏振，第一脉冲经过第二偏振分光镜透射后进入第二普克尔盒，第一脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻记为t1-1，此时第二普克尔盒未施加半波电压，第二普克尔盒表现为全波片，对第一脉冲的偏振状态没有影响，从第二普克尔盒输出的第一脉冲记为1-1，第一脉冲进入展宽器时为水平偏振，从展宽器输出仍为水平偏振，在第一脉冲经过第二普克尔盒后且进入第一普克尔盒前对第一普克尔盒开始施加半波电压，第一脉冲第一次经过第一普克尔盒的时刻记为t1-2，此时第一普克尔盒表现为半波片，经过第一普克尔盒输出的第一脉冲记为1-2，第一脉冲的偏振状态由水平偏振变为竖直偏振，从第一普克尔盒输出的竖直偏振的第一脉冲经过第一偏振分光镜反射，再经第一平面反射镜和第二平面反射镜反射后回到第二偏振分光镜，第一脉冲此时回到第二偏振分光镜的传播方向与第一脉冲第一次经过第二偏振分光镜的传播方向垂直，此时第一脉冲的偏振状态为竖直偏振，第二偏振分光镜对竖直偏振的第一脉冲反射，反射后的第一脉冲第二次经过第二普克尔盒的时刻记为t1-3，此时第二普克尔盒已经施加半波电压，第二普克尔盒表现为半波片，经过第二普克尔盒后的第一脉冲记为1-3，偏振状态由竖直偏振变为水平偏振，第一脉冲经过展宽器进行再次展宽后，输出仍为水平偏振，在第一脉冲第二次经过第二普克尔盒后且第二次进入第一普克尔盒前对第一普克尔盒撤除高压，第一脉冲第二次进入第一普克尔盒的时刻记为t1-4，此时第一普克尔盒的高压已撤除，第一普克尔盒表现为全波片，对偏振状态没有影响，再次经过第一普克尔盒出射的第一脉冲记为1-4，偏振状态为水平偏振，水平偏振的第一脉冲经过第一偏振分光镜透射，传输进入第一放大器，从而第一脉冲经过两次展宽器进行展宽；
第一脉冲经过第一放大器放大后，改变第一脉冲的偏振状态，使得变为竖直偏振，在第一脉冲进入第三普克尔盒前，对第三普克尔盒施加半波电压，竖直偏振的第一脉冲经过第三普克尔盒的时刻记为t1-5，此时第三普克尔盒已经施加半波电压，第三普克尔盒表现为半波片，经过第三普克尔盒出射的第一脉冲记为1-5，偏振状态由竖直偏振变为水平偏振，在第一脉冲经过第三普克尔盒后且在第二脉冲经过第三普克尔盒前，对第三普克尔盒撤除高压，水平偏振的第一脉冲经过第三偏振分光镜透射，进入第二放大器，再经过第二压缩器进行压缩；
如图6所示，第二脉冲从振荡器输出后，水平偏振的第二脉冲经过第二偏振分光镜透射至第二普克尔盒，第二脉冲经过第二普克尔盒的时刻记为t2-1，此时第二普克尔盒未施加高压，第二普克尔盒表现为全波片，对第二脉冲的偏振状态没有影响，从第二普克尔盒输出的第二脉冲记为2-1，进入展宽器时为水平偏振，从展宽器输出的第二脉冲仍为水平偏振，第二脉冲经过第一普克尔盒的时刻记为t2-2，此时第一普克尔盒未施加高压，第一普克尔盒表现为全波片，经过第一普克尔盒后的第二脉冲记为2-2，偏振状态不变，仍然为水平偏振该，水平偏振的第二脉冲经过第一偏振分光镜透射，传输进入第一放大器，第二脉冲仅经过一次展宽器进行展宽；
第二脉冲经过第一放大器放大后，改变第二脉冲的偏振状态，使得变为竖直偏振，竖直偏振的第二脉冲经过第三普克尔盒的时刻记为t2-3，此时第三普克尔盒未施加高压，第三普克尔盒表现为全波片，第二脉冲的偏振状态不变，仍然为竖直偏振，从第三普克尔盒输出的第二脉冲记为2-3，竖直偏振的第二脉冲从第三普克尔盒输出至第三偏振分光镜，经第三偏振分光镜反射进入第一压缩器进行压缩；
第三脉冲将重复第一脉冲的轨迹，第三脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻记为t3-1，从第二普克尔盒输出的第三脉冲记为3-1；第三脉冲第一次经过第一普克尔盒的时刻记为t3-2，经过第一普克尔盒输出的第三脉冲记为3-2；第三脉冲第二次经过第二普克尔盒的时刻记为t3-3，经过第二普克尔盒后的第三脉冲记为3-3；第三脉冲第二次进入第一普克尔盒的时刻记为t3-4，再次经过第一普克尔盒出射的第三脉冲记为3-4；第三脉冲经过第三普克尔盒的时刻记为t3-5，经过第三普克尔盒出射的第三脉冲记为3-5；第三脉冲将两次经过展宽器进行展宽，从而实现将一套CPA系统同时输入到多个靶场使用，提高激光的使用率。
第一普克尔盒和第二普克尔盒的施加高压的起始时刻t0位于第一脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻t1-1与第一次经过第一普克尔盒的时刻t1-2之间，即t1-1＜t0＜t1-2；对第一普克尔盒和第二普克尔盒撤除高压的时刻t0+Δt位于第一脉冲第二次经过第二普克尔盒的时刻t1-3与第二次经过第一普克尔盒的时刻t1-4之间，即t1-3＜t0+Δt＜t1-4。
第一普克尔盒和第二普克尔盒施加高压的时间Δt大于第一脉冲第一次经过第一普克尔盒的时刻t1-2到第二次经过第二普克尔盒的时刻t1-3的时间差，且小于第一脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻t1-1到第一脉冲第二次经过第一普克尔盒的时刻t1-4的时间差，即t1-3-t1-2＜Δt＜t1-4-t1-1。第一普克尔盒和第二普克尔盒的上升时间小于第一脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻t1-1与第一次经过第一普克尔盒的时刻t1-2的差，即上升时间＜t1-2-t1-1，这段时间是第一脉冲第一次在展宽器中传输的时间。第一普克尔盒和第二普克尔盒的下降时间小于第一脉冲第二次经过第二普克尔盒的时刻t1-3与第二次经过第一普克尔盒的时刻t1-4的差，即下降时间＜t1-4-t1-3，这段时间是第一脉冲第二次在展宽器中传输的时间。第一脉冲每次在展宽器中传输时间相同。
进一步限定第一和第二普克尔盒的上升时间与下降时间均小于2ns，脉冲在展宽器中的传输时间大于10ns。脉冲从第一偏振分光镜经过第一和第二平面反射镜传输回到第二偏振分光镜的时间小于5ns，第一和第二普克尔盒施加高压的时间大于6ns且小于20ns。
在第一放大器后加入半波片，从而改变脉冲的偏振状态由水平偏振变为竖直偏振。
第三普克尔盒施加高压的时刻为t01，t01＜t1-5＜t01+Δt1；第三普克尔盒施加半波电压的时间为Δt1，满足Δt1＞10ns；第三普克尔盒的上升时间和下降时间均小于20ns。
最后需要注意的是，公布实施例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)

1.一种基于重频啁啾激光脉冲放大CPA系统的激光时域分光的装置，CPA系统依次包括振荡器、展宽器、放大器组和压缩器组；其中，放大器组中至少包含两个放大器分别为第一放大器和第二放大器，第一放大器之后为第二放大器；压缩器组包括第一压缩器和第二压缩器；振荡器产生超短脉冲作为种子源，种子源经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长激光脉冲，从展宽器出来的脉冲的偏振状态为水平偏振；再进入放大器组放大能量，获得高能量激光脉冲；高能量激光脉冲最后通过压缩器组将脉冲的时间尺度压缩，其特征在于，所述基于重频啁啾激光脉冲放大CPA系统的激光时域分光的装置包括：在CPA系统中加入分光回光器和分光器；展宽器位于分光回光器中；在第一放大器和第二放大器之间放置分光器；
分光回光器具有分光和选择性回光功能，分光为时域分光，即将不同时间的脉冲在空间上分开，分光回光器包括：第一普克尔盒、第二普克尔盒、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜、第一平面反射镜和第二平面反射镜；其中，第一普克尔盒和第二普克尔盒为电光器件，在0电压表现为全波片，对脉冲的偏振状态没有影响，施加半波电压时，叠加的光学性质表现为半波片，使脉冲的偏振状态旋转90°，通过控制第一和第二普克尔盒的电压，实现调控脉冲的偏振状态；第一偏振分光镜和第二偏振分光镜为水平偏振的脉冲透过，垂直偏振的脉冲反射；
分光器包括第三普克尔盒以及第三偏振分光镜，其中，第三偏振分光镜为水平偏振的脉冲透过，垂直偏振的脉冲反射，第三普克尔盒在0电压表现为全波片，对脉冲的偏振状态没有影响，施加半波电压时，叠加的光学性质表现为半波片，使脉冲的偏振状态旋转90°；
初始脉冲为周期性脉冲，对第一至第三普克尔盒施加高压为周期性加压，其周期为脉冲的周期的二倍，施加高压为半波电压；对第一普克尔盒和第二普克尔盒的加压时刻和加压时长相同，即对于第一普克尔盒和第二普克尔盒加压的初始时刻t0相同，经过相同的加压时长Δt，即在时刻t0+Δt时刻，对第一普克尔盒和第二普克尔盒撤除高压；第三普克尔盒施加高压的周期与第一和第二普克尔盒施加高压的周期相同；
振荡器输出第一脉冲，初始的第一脉冲为水平偏振，第一脉冲经过第二偏振分光镜透射后进入第二普克尔盒，第一脉冲在经过第二普克尔盒时，此时第二普克尔盒未施加半波电压，第二普克尔盒表现为全波片，对第一脉冲的偏振状态没有影响，第一脉冲从第二普克尔盒输出，第一脉冲进入展宽器时为水平偏振，从展宽器输出仍为水平偏振，在第一脉冲经过第二普克尔盒后且进入第一普克尔盒前对第一普克尔盒开始施加半波电压，第一脉冲经过第一普克尔盒时，第一普克尔盒表现为半波片，经过第一普克尔盒输出，第一脉冲的偏振状态由水平偏振变为竖直偏振，从第一普克尔盒输出的竖直偏振的第一脉冲经过第一偏振分光镜反射，再经第一平面反射镜和第二平面反射镜反射后回到第二偏振分光镜，第一脉冲此时回到第二偏振分光镜的传播方向与第一脉冲第一次经过第二偏振分光镜的传播方向垂直，此时第一脉冲的偏振状态为竖直偏振，第二偏振分光镜对竖直偏振的第一脉冲反射，反射后的第一脉冲至第二普克尔盒时，此时第二普克尔盒已经施加半波电压，第二普克尔盒表现为半波片，经过第二普克尔盒后的第一脉冲的偏振状态由竖直偏振变为水平偏振，第一脉冲经过展宽器进行再次展宽后，输出仍为水平偏振，在第一脉冲第二次经过第二普克尔盒后且第二次进入第一普克尔盒前对第一普克尔盒撤除高压，第一脉冲再次进入第一普克尔盒时，此时第一普克尔盒的高压已撤除，第一普克尔盒表现为全波片，对偏振状态没有影响，再次经过第一普克尔盒出射的第一脉冲为水平偏振，水平偏振的第一脉冲经过第一偏振分光镜透射，传输进入第一放大器，从而第一脉冲经过两次展宽器进行展宽；
第一脉冲经过第一放大器放大后，改变第一脉冲的偏振状态，使得变为竖直偏振，在第一脉冲进入第三普克尔盒前，对第三普克尔盒施加半波电压，竖直偏振的第一脉冲经过第三普克尔盒时，此时第三普克尔盒已经施加半波电压，第三普克尔盒表现为半波片，经过第三普克尔盒出射的第一脉冲的偏振状态由竖直偏振变为水平偏振，在第一脉冲经过第三普克尔盒后且在第二脉冲经过第三普克尔盒前，对第三普克尔盒撤除高压，水平偏振的第一脉冲经过第三偏振分光镜透射，进入第二放大器，再经过第二压缩器进行压缩；
第二脉冲从振荡器输出后，水平偏振的第二脉冲经过第二偏振分光镜透射至第二普克尔盒时，此时第二普克尔盒未施加高压，第二普克尔盒表现为全波片，对第二脉冲的偏振状态没有影响，第二脉冲从第二普克尔盒输出进入展宽器时为水平偏振，从展宽器输出的第二脉冲仍为水平偏振，第二脉冲经过第一普克尔盒时，此时第一普克尔盒未施加高压，第一普克尔盒表现为全波片，第二脉冲经过第一普克尔盒后偏振状态不变，仍然为水平偏振，水平偏振的第二脉冲经过第一偏振分光镜透射，传输进入第一放大器，第二脉冲仅经过一次展宽器进行展宽；
第二脉冲经过第一放大器放大后，改变第二脉冲的偏振状态，使得变为竖直偏振，竖直偏振的第二脉冲经过第三普克尔盒时，此时第三普克尔盒未施加高压，第三普克尔盒表现为全波片，第二脉冲的偏振状态不变，仍然为竖直偏振，竖直偏振的第二脉冲从第三普克尔盒输出至第三偏振分光镜，经第三偏振分光镜反射进入第一压缩器进行压缩；
从而实现将一套CPA系统同时输入到多个靶场使用，提高激光的使用率。
2.如权利要求1所述的基于重频啁啾激光脉冲放大CPA系统的激光时域分光的装置，其特征在于，所述第一普克尔盒和第二普克尔盒施加高压的时间Δt大于第一脉冲第一次经过第一普克尔盒的时刻到第二次经过第二普克尔盒的时刻的时间差，且小于第一脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻与第一脉冲第二次经过第一普克尔盒的时刻的时间差。
3.如权利要求1所述的基于重频啁啾激光脉冲放大CPA系统的激光时域分光的装置，其特征在于，所述第一普克尔盒和第二普克尔盒的上升时间小于第一脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻与第一次经过第一普克尔盒的时刻的差，这段时间是第一脉冲第一次在展宽器中传输的时间；第一普克尔盒和第二普克尔盒的下降时间小于第一脉冲第二次经过第二普克尔盒的时刻与第二次经过第一普克尔盒的时刻的差，这段时间是第一脉冲第二次在展宽器中传输的时间。
4.如权利要求3所述的基于重频啁啾激光脉冲放大CPA系统的激光时域分光的装置，其特征在于，所述第一和第二普克尔盒的上升时间与下降时间均小于2ns，脉冲在展宽器中的传输时间大于10ns。
5.如权利要求1所述的基于重频啁啾激光脉冲放大CPA系统的激光时域分光的装置，其特征在于，脉冲从第一偏振分光镜经过第一和第二平面反射镜传输回到第二偏振分光镜的时间小于5ns，第一和第二普克尔盒施加高压的时间大于6ns且小于20ns。
6.一种如权利要求1所述的基于重频啁啾激光脉冲放大CPA系统的激光时域分光的装置的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：
1)在CPA系统中，将展宽器位于分光回光器中，在第一放大器和第二放大器之间放置分光器；
a)分光回光器具有分光和选择性回光功能，分光为时域分光，即将不同时间的脉冲空间分开，分光回光器包括：第一普克尔盒、第二普克尔盒、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜、第一平面反射镜和第二平面反射镜；其中，第一普克尔盒和第二普克尔盒为电光器件，在0电压表现为全波片，对脉冲的偏振状态没有影响，施加半波电压时，叠加的光学性质表现为半波片，使脉冲的偏振状态旋转90°，通过控制第一和第二普克尔盒的电压，实现调控脉冲的偏振状态；第一偏振分光镜和第二偏振分光镜为水平偏振的脉冲透过，垂直偏振的脉冲反射；
b)分光器包括第三普克尔盒以及第三偏振分光镜，其中，第三偏振分光镜为水平偏振的脉冲透过，垂直偏振的脉冲反射，第三普克尔盒在0电压表现为全波片，对脉冲的偏振状态没有影响，施加半波电压时，叠加的光学性质表现为半波片，使脉冲的偏振状态旋转90°；
2)设定时序参数：
初始脉冲为周期性脉冲，对第一普克尔盒和第二普克尔盒施加高压为周期性加压，其周期为脉冲的周期的二倍，施加高压为半波电压，并且第一普克尔盒和第二普克尔盒的加压时刻和加压时长相同，即对于第一普克尔盒和第二普克尔盒加压的初始时刻t0相同，经过相同的加压时长Δt，即在时刻t0+Δt时刻，第一普克尔盒和第二普克尔盒不再施加高压；第三普克尔盒施加高压的周期与第一和第二普克尔盒施加高压的周期相同；
3)振荡器输出第一脉冲，初始的第一脉冲为水平偏振，第一脉冲经过第二偏振分光镜透射后进入第二普克尔盒，第一脉冲在经过第二普克尔盒时，此时第二普克尔盒未施加半波电压，第二普克尔盒表现为全波片，对第一脉冲的偏振状态没有影响，第一脉冲从第二普克尔盒输出，第一脉冲进入展宽器时为水平偏振，从展宽器输出仍为水平偏振，在第一脉冲经过第二普克尔盒后且进入第一普克尔盒前对第一普克尔盒开始施加半波电压，第一脉冲经过第一普克尔盒时，第一普克尔盒表现为半波片，经过第一普克尔盒输出，第一脉冲的偏振状态由水平偏振变为竖直偏振，从第一普克尔盒输出的竖直偏振的第一脉冲经过第一偏振分光镜反射，再经第一平面反射镜和第二平面反射镜反射后回到第二偏振分光镜，第一脉冲此时回到第二偏振分光镜的传播方向与第一脉冲第一次经过第二偏振分光镜的传播方向垂直，此时第一脉冲的偏振状态为竖直偏振，第二偏振分光镜对竖直偏振的第一脉冲反射，反射后的第一脉冲至第二普克尔盒时，此时第二普克尔盒已经施加半波电压，第二普克尔盒表现为半波片，经过第二普克尔盒后的第一脉冲的偏振状态由竖直偏振变为水平偏振，第一脉冲经过展宽器进行再次展宽后，输出仍为水平偏振，在第一脉冲第二次经过第二普克尔盒后且第二次进入第一普克尔盒前对第一普克尔盒撤除高压，第一脉冲再次进入第一普克尔盒时，此时第一普克尔盒的高压已撤除，第一普克尔盒表现为全波片，对偏振状态没有影响，再次经过第一普克尔盒出射的第一脉冲为水平偏振，水平偏振的第一脉冲经过第一偏振分光镜透射，传输进入第一放大器，从而第一脉冲经过两次展宽器进行展宽；
4)第一脉冲经过第一放大器放大后，改变第一脉冲的偏振状态，使得变为竖直偏振，在第一脉冲进入第三普克尔盒前，对第三普克尔盒施加半波电压，竖直偏振的第一脉冲经过第三普克尔盒时，此时第三普克尔盒已经施加半波电压，第三普克尔盒表现为半波片，经过第三普克尔盒出射的第一脉冲的偏振状态由竖直偏振变为水平偏振，在第一脉冲经过第三普克尔盒后且在第二脉冲经过第三普克尔盒前，对第三普克尔盒撤除高压，水平偏振的第一脉冲经过第三偏振分光镜透射，进入第二放大器，再经过第二压缩器进行压缩；
5)第二脉冲从振荡器输出后，水平偏振的第二脉冲经过第二偏振分光镜透射至第二普克尔盒时，此时第二普克尔盒未施加高压，第二普克尔盒表现为全波片，对第二脉冲的偏振状态没有影响，第二脉冲从第二普克尔盒输出进入展宽器时为水平偏振，从展宽器输出的第二脉冲仍为水平偏振，第二脉冲经过第一普克尔盒时，此时第一普克尔盒未施加高压，第一普克尔盒表现为全波片，第二脉冲经过第一普克尔盒后偏振状态不变，仍然为水平偏振，水平偏振的第二脉冲经过第一偏振分光镜透射，传输进入第一放大器，第二脉冲仅经过一次展宽器进行展宽；
6)第二脉冲经过第一放大器放大后，改变第二脉冲的偏振状态，使得变为竖直偏振，竖直偏振的第二脉冲经过第三普克尔盒时，此时第三普克尔盒未施加高压，第三普克尔盒表现为全波片，第二脉冲的偏振状态不变，仍然为竖直偏振，竖直偏振的第二脉冲从第三普克尔盒输出至第三偏振分光镜，经第三偏振分光镜反射进入第一压缩器进行压缩；从而实现将一套CPA系统同时输入到多个靶场使用，提高激光的使用率。
7.如权利要求6所述的实现方法，其特征在于，在步骤2)中，第一普克尔盒和第二普克尔盒施加高压的时间Δt大于第一脉冲第一次经过第一普克尔盒的时刻到第二次经过第二普克尔盒的时刻的时间差，且小于第一脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻与第一脉冲第二次经过第一普克尔盒的时刻的时间差；第一普克尔盒和第二普克尔盒的上升时间小于第一脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻与第一次经过第一普克尔盒的时刻的差，这段时间是第一脉冲第一次在展宽器中传输的时间；第一普克尔盒和第二普克尔盒的下降时间小于第一脉冲第二次经过第二普克尔盒的时刻与第二次经过第一普克尔盒的时刻的差，这段时间是第一脉冲第二次在展宽器中传输的时间。
8.如权利要求7所述的实现方法，其特征在于，第一和第二普克尔盒的上升时间与下降时间均小于2ns，脉冲在展宽器中的传输时间大于10ns。
9.如权利要求7所述的实现方法，其特征在于，脉冲从第一偏振分光镜经过第一和第二平面反射镜传输回到第二偏振分光镜的时间小于5ns，第一和第二普克尔盒施加高压的时间大于6ns且小于20ns。
10.如权利要求6所述的实现方法，其特征在于，在步骤4)中，第三普克尔盒施加半波电压的时间为Δt1，满足Δt1＞10ns；第三普克尔盒的上升时间和下降时间均小于20ns。
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