CN212626499U

CN212626499U - 一种双池的自泵浦sbs脉冲压缩系统

Info

Publication number: CN212626499U
Application number: CN202021577724.XU
Authority: CN
Inventors: 王雨雷; 纪曼曼; 白振旭; 吕志伟; 李凯; 曹晨; 杨学宗
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2020-08-03
Filing date: 2020-08-03
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2030-08-03

Abstract

本实用新型公开了一种双池的自泵浦SBS脉冲压缩系统，包括：可调谐激光器提供泵浦光，泵浦光经偏振片检偏后穿过第一四分之一波片转变为圆偏振光，再经聚焦透镜后聚焦至第一介质池中作为第一泵浦光；在第一介质池中耦合反应后的压缩脉冲从前窗镜输出再次经过第一四分之一波片，压缩脉冲由圆偏振光转化为S型线偏振光，被偏振片反射后经反射镜和第二四分之一波片再次转化为圆偏振光后经缩束结构进入第二介质池中作为第二泵浦光；种子光被泵浦光放大压缩后从第二介质池的前窗镜输出，经第二四分之一波片转化为P型线偏振光经反射镜和偏振片输出。

Description

一种双池的自泵浦SBS脉冲压缩系统

技术领域

本实用新型涉及非线性光学领域，尤其涉及一种双池的自泵浦SBS(StimulatedBrillouin Scattering,SBS)脉冲压缩系统。

背景技术

百皮秒激光脉冲在多普勒激光测风雷达、空间碎片激光雷达探测、激光惯性约束聚变(ICF)、激光等离子体的产生，极紫外光刻技术，各种非线性光学和激光精细光谱研究，激活光导开关，汤姆逊散射激光雷达诊断，长光纤的杂散损失，强辐射质子源，电子加速以及激光医疗等方面都起到了重要的应用。

基于其广泛应用，将纳秒量级的激光脉冲压缩至百皮秒量级的激光脉冲具有重要而实际的意义。而受激布里渊散射(SBS)脉冲压缩技术是一种将纳秒长脉冲压缩至皮秒短脉冲的有效脉宽压缩技术，而且结构简单、造价低廉，是近年来较为热门的技术手段和研究方向。

实用新型内容

本实用新型提供了一种双池的自泵浦SBS脉冲压缩系统，本实用新型提出了在实现脉冲从纳秒量级向皮秒量级转化的同时，也能提高产生压缩脉冲时间的稳定性的新技术手段，详见下文描述：

一种双池的自泵浦SBS脉冲压缩系统，所述系统包括：

可调谐激光器提供泵浦光，泵浦光经偏振片检偏后穿过第一四分之一波片转变为圆偏振光，再经聚焦透镜后聚焦至第一介质池中作为第一泵浦光；

在第一介质池中耦合反应后的压缩脉冲从前窗镜输出再次经过第一四分之一波片，压缩脉冲由圆偏振光转化为S型线偏振光，被偏振片反射后经反射镜和第二四分之一波片再次转化为圆偏振光后经缩束结构进入第二介质池中作为第二泵浦光；

种子光被泵浦光放大压缩后从第二介质池的前窗镜输出，经第二四分之一波片转化为P型线偏振光经反射镜和偏振片输出。

其中，所述可调谐激光器为连续脉冲、准连续脉冲或脉冲运转。

进一步地，所述偏振片和水平方向的夹角为布儒斯特角θ，第一介质池为聚焦介质池，第二介质池为非聚焦介质池。

其中，所述缩束结构为凸透镜和凹透镜的组合。

进一步地，所述第二介质池壁后窗镜贴高反膜。

本实用新型提供的技术方案的有益效果是：

1、本实用新型首次提出双池的自泵浦SBS脉冲压缩系统光路结构；

2、与传统SBS反射光相似，自泵浦SBS的反射光的脉宽相对于泵浦脉宽也会产生一定程度上的窄化。另一方面，由于自泵浦SBS起源于介质池后窗镜的反馈而不是随机分布的热噪声，其产生压缩脉冲时间的稳定性与传统方案所产生的压缩脉冲相比具有很大程度的提高；

3、此外，这种产生高能百皮秒激光脉冲的技术还具有结构简单、操作方便等特点，而且在未来还可以扩展到高能脉冲压缩技术应用方面。

附图说明

图1为双池的自泵浦SBS脉冲压缩结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：激光器； 2：偏振片；

3：第一四分之一波片； 4：聚焦透镜；

5：第一介质池； 6：反射镜；

7：第二四分之一波片； 8：缩束结构；

9：第二介质池。

其中，

8-1：凸透镜； 8-2：凹透镜。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

SBS技术是一种非常有效的实现高峰值功率百皮秒激光脉冲输出的方案。在20世纪80年代初期，人们就利用SBS技术获得高量子效率、高增益的能修复波前畸变的相位共轭光，并由此发现了其在应用方面的巨大潜力。如今，该技术已经被广泛的应用于成像畸变矫正、激光核聚变、快慢光技术、激光脉冲压缩、激光相干并束等方面。其中，SBS压缩技术，已经成为科学技术研究和发展的最活跃的领域之一。它利用纳秒级长脉冲易于产生、放大，能量提取充分等优点，在激光放大链路中获得高能量的脉冲输出，然后在输出端利用SBS脉冲压缩特性对长脉冲压缩至皮秒量级，从而获取高能量的短脉冲高功率激光输出。

在传统的基于SBS的百皮秒激光脉冲被动产生方案中，聚焦透镜的使用容易导致焦平面附近的激光能量过大，造成非线性介质的光学击穿或永久性损坏，限制了激光能量的进一步增大。而且，目前利用SBS脉冲压缩技术基本上可以将脉冲压缩至皮秒量级，但是要获得200ps以下的高能量超短脉冲仍受诸多限制，而且存在装置过于复杂、稳定性不高、脉冲压缩率及能量转化效率低等缺点。因此，通过选择合适的激光器泵浦参数、实验装置结构参数及SBS压缩介质来实现高能量的、更稳定的百皮秒脉冲输出，才能为冲击点火的实现提供更加可靠的依据。

为了获得具有时间稳定性的百皮秒压缩脉冲输出，本实用新型提出了一种新型双池的自泵浦SBS脉冲压缩系统。与传统SBS反射光相似，自泵浦SBS的反射光的脉宽相对于泵浦脉宽也会产生一定程度上窄化。

另一方面，由于自泵浦SBS起源于介质池后窗镜的反馈而不是随机分布的热噪声，其产生的压缩脉冲的时间稳定性和传统方案所产生的压缩脉冲相比具有很大程度的提高。此外，这种产生高能百皮秒激光脉冲的技术还具有结构简单、操作方便等特点，而且在未来还可以扩展到高能脉冲压缩。

参见图1，双池的自泵浦SBS脉冲压缩系统包括：可调谐激光器1、偏振片2、第一四分之一波片3、聚焦透镜4、第一介质池5、反射镜6、第二四分之一波片7、缩束结构8、以及第二介质池9。其中，缩束结构8由凸透镜8-1和凹透镜8-2组成。

可调谐激光器1为连续脉冲、准连续脉冲或脉冲运转，提供泵浦光，泵浦光经过偏振片2检偏，然后穿过第一四分之一波片3转变为圆偏振光，再经过聚焦透镜4聚焦到第一质池5中作为第一泵浦光。

其中，偏振片2和水平方向的夹角为布儒斯特角θ。第一介质池5为聚焦介质池，具体实现时为布里渊介质池，介质池内的非线性介质可选择为具有低吸收、高负载和短寿命的全氟胺系列介质。

其中，关于作为泵浦光源的可调谐激光器的脉宽和波形的调制手段、以及介质的选择标准为本领域技术人员所公知，本实用新型实施例对此不做赘述。

进一步的，在第一布里渊介质池5中充分耦合反应后的压缩脉冲从该第一介质池5的前窗镜输出再次经过第一四分之一波片3，此时的压缩脉冲由圆偏振光转化为S型线偏振光，被偏振片2反射后经反射镜6和第二个四分之一波片7再次转化为圆偏振光后经过缩束结构8进入第二介质池9中作为第二泵浦光，由第二介质池9的后窗镜和介质材料之间折射率差的菲涅尔反射提供反馈光，该反馈光中具有布里渊频移的成分即为“Stokes”种子光被后续泵浦光放大压缩后从第二介质池9的前窗镜输出，经过第二四分之一波片7转化为P型线偏振光经过反射镜6和偏振片2输出。

其中，上述的第一布里渊介质池5中充分耦合反应后产生压缩脉冲的具体过程为：

强光通过非线性介质时，由随机热噪声引起的介质分子热波动产生了自发布里渊散射，该散射产生的背向Stokes光与泵浦光相互耦合，通过电致伸缩效应使声子光栅得到加强，被加强的声子光栅又反过来进一步增加了Stokes光的强度，两者相互激励，相互加强，待第一泵浦光能量达到SBS阈值时，即Stokes光强达到泵浦光光强的1％时自激SBS产生。在这个过程中，Stokes光在背向传输中不断抽取泵浦光能量，使得Stokes光脉冲前沿被有效放大，上升沿变陡，从而形成了典型的具有陡前沿的压缩脉冲。

假设：第二泵浦光＝Ap；后窗镜和介质材料之间折射率差的菲涅尔反射＝r；即反馈光＝A_P·r，该反馈光中含有布里渊频移的成分充当“Stokes”种子光＝A_P·r·η。

其中：η即为Stokes能量占比(也就是第二泵浦光频谱边带中含有布里渊频移的成分)，其可以表示为：

其中，Ω_B为介质的布里渊频移，Γ为布里渊线宽，f(v)为第二泵浦光的频谱分布。

其中，第二介质池9为非聚焦介质池，具体实现时为布里渊介质池。第一介质池5输出的反射光(即从第一介质池5前窗镜输出的经过SBS耦合反应后的压缩脉冲)作为第二非聚焦介质池9的泵浦光。其中，在“Stokes”光被后续泵浦光放大压缩后从第二介质池9的前窗镜输出后需要经过取样结构来测量输出脉冲波形和能量。同时，在进入该第二介质池9的泵浦源，即上述从第一个介质池5输出，经过缩束结构8后进入第二介质池9的压缩脉冲也需同样的信息获取。

具体实现时，一种选择方式为：聚焦透镜4的焦距f≤d+d₀+L₁(d：镜池间距；d₀：介质池前窗镜厚度；L₁：聚焦结构介质池池长。)

其中，L₁≥l_eff。

(

l_eff为有效相互作用长度；c为光速；n为布里渊介质折射率，t_p为泵浦光脉宽。非聚焦介质池的池长L₂≥l_eff。)

优选地，采用凸透镜8-1和凹透镜8-2的组合来减小光斑面积。

进一步地，第二介质池9壁后窗镜贴高反膜，用于增加后窗镜反射率。

综上所述，本实用新型首先提出双池的自泵浦SBS脉冲压缩系统光路结构；实现脉冲从纳秒量级向皮秒量级的转化。有助于提高产生压缩脉冲时间的稳定性。另外，该系统结构简单、操作方便，未来还可以扩展到高能脉冲压缩技术应用方面。

本实用新型实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种双池的自泵浦SBS脉冲压缩系统，其特征在于，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的一种双池的自泵浦SBS脉冲压缩系统，其特征在于，所述可调谐激光器为连续脉冲、准连续脉冲或脉冲运转。

3.根据权利要求1所述的一种双池的自泵浦SBS脉冲压缩系统，其特征在于，所述偏振片和水平方向的夹角为布儒斯特角θ，第一介质池为聚焦介质池，第二介质池为非聚焦介质池。

4.根据权利要求1所述的一种双池的自泵浦SBS脉冲压缩系统，其特征在于，所述缩束结构为5：1的凸透镜和凹透镜。

5.根据权利要求1所述的一种双池的自泵浦SBS脉冲压缩系统，其特征在于，所述第二介质池壁后窗镜贴高反膜。