CN218850074U - 基于多通腔的激光脉冲压缩装置 - Google Patents

Abstract

一种基于多通腔(multipass cell)的激光脉冲后压缩装置，沿激光脉冲前进方的构成依次是，模式匹配模块，非线性光谱展宽模块，色散补偿模块。本申请可成倍压缩高功率、高能量、高重频的工业用脉冲激光器的脉冲宽度，经过设计的多通腔振荡模式将显著提升反射镜面散热，扩大装置可适配的脉冲激光平均功率范围，进而成倍提升其峰值功率。

Description

基于多通腔的激光脉冲压缩装置

技术领域

本实用新型涉及激光技术和非线性光学领域，尤指一种基于多通腔的脉冲激光压缩装置。

背景技术

随着科学技术的发展，高功率高能量高重频的飞秒激光器的需求越来越旺盛，传统的钛宝石飞秒激光器不能满足高功率的需求，而其他高功率脉冲激光器，如掺镱的脉冲激光器，可以满足高功率高能量高重频的需求，但是脉冲宽度不如钛宝石激光器短，为提升工业脉冲激光器的峰值功率，并且快速适配工业应用，需要在不改变原有激光器结构的基础上，对脉冲激光在时间上做进一步的压缩，因此有必要针对高功率、高重频、高能量工业激光器设计一种后脉冲压缩装置。

传统的激光脉冲压缩技术使用的是空心光纤填充稀有气体的装置做脉冲的非线性光谱展宽，但是空心光纤本身的较低的损伤阈值远远不能满足工业用高功率激光器的需要。因此多通腔结构被提出用于高功率激光器的光谱展宽。J.Schulte等人2016年发表在Opt.Lett上的论文“Nonlinear pulse compression in a multi-pass cell”详细报道了基于Herriott池的多通腔结构脉冲压缩装置，成功地将平均功率为375W的脉冲激光压缩了10倍，效率达90％以上。

但是进一步提升脉冲激光的平均功率，势必会造成反射镜的热量积累，温度升高，未经设计的振荡模式不仅振荡次数有限，光斑将重复出现在反射镜表面的同一位置，会进一步增加镜面散热的难度，并造成损伤。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，优化镜片的散热能力，本实用新型提供一种基于多通腔的脉冲激光压缩装置，通过设计圆形光斑分布，使光斑均匀分布在整个反射镜面上，充分利用反射镜面的面积做散热管理。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种基于多通腔的激光脉冲压缩装置，其特点在于，包括：

模式匹配模块，用于改变入射脉冲的光斑大小、形貌和相位，使光斑能量密度小于非线性光谱展宽模块中的镜面的损伤阈值；

光路耦合模块，用于控制光斑耦合进非线性光谱展宽模块的入射位置和入射角度；

非线性光谱展宽模块，至少包括由两块相对平行放置、且反射率和焦距均相同的凹面反射镜构成的Herriott池，使入射脉冲激光在Herriott池中多次振荡，通过调节所述的光路耦合模块控制脉冲激光的入射位置和入射角度，在两块凹面反射镜上呈现经过设计的光斑分布样式；

色散补偿模块，用于补偿经过非线性展宽后激光脉冲产生的啁啾。

优选的，脉冲激光经所述的模式匹配模块整形后，输入所述的光谱展宽模块，非线性光谱展宽模块由多个反射镜组成，使激光脉冲在其中多次振荡，并与其中的物质的产生非线性作用后展宽光谱。

优选的，所述的非线性光谱展宽模块作用是补偿非线性展宽后脉冲激光产生的色散，由典型的啁啾镜对组成，或透射光栅对、或反射光栅对去啁啾装置，作用在于补偿脉冲激光在所述的非线性光谱展宽模块中产生的啁啾。

优选的，所述的多通腔结构，提供激光脉冲多次反射的结构，包括Herriott池，环形多通腔，多面反射镜组成的阵列，经过设计光斑样式同样可以应用于这些结构，增加散热效率。

相较现有技术，本实用新型具有以下优点：

1、采用特殊的光斑分布模式，利用了凹面反射镜的面积，增加了多通腔内的振荡次数，成倍增加了与非线性物质的接触距离，提高了非线性效应在单个多通腔中的累积效果。

2、采用特殊的光斑分布模式，利用了凹面反射镜的面积，使得高功率激光器产生的热量均匀分布在更大的镜面面积上，使得对高功率激光的热效应管理更将有效。

附图说明

图1是本实用新型基于多通腔的脉冲激光压缩装置的光路示意图。

图2是本实用新型使用模拟软件计算得出的，基于多通腔的激光脉冲在凹面镜上多次反射后呈现的光斑样式之一

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和有点更加清楚，下面将结合本申请具体事例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施案例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请格式实力提供的技术方案。

请参阅图1所示，本申请基于多通腔的脉冲激光压缩装置，包括模式匹配模块，其中包括第一离轴抛物面反射镜1，高功率反射镜2，第二离轴抛物面反射镜3，高功率反射镜4；非线性光谱展宽模块，其中包括第一高功率凹面反射镜8，第二高功率凹面反射镜9；色散补偿模块，其中包括啁啾反射镜12，啁啾反射镜13，和其他若干反射镜。

所述反射镜均为高功率反射镜。

由工业激光器出射的脉冲激光，首先经过所述的模式匹配模块，依次反射通过第一离轴抛物面反射镜1，高功率反射镜2，第二离轴抛物面反射镜3，高功率反射镜4，光斑被调节到所需要的大小，使。之后反射通过光路耦合模块，一次反射通过高功率反射镜5,6,7后耦合进入基于Herriott池的多通腔，通过调整高功率反射镜5,6,7的位置和俯仰，控制入射多通腔的角度，在第一高功率凹面反射镜8，第二高功率凹面反射镜9之间多次反射，使得多通腔内振荡光在Herriott池中往返n次(n为整数)，并形成如图2所示的光斑分布样式。后由所述高功率反射镜10将多通腔内振荡光从Herriott池中反射出去。依次反射经过高功率反射镜11，色散补偿模块，色散补偿镜组啁啾反射镜12，啁啾反射镜13内多次反射后经高功率反射镜组14反射输出。

本领域内的技术人员应该明白，本实用新型的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本实用新型可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本实用新型可采用在一个或多个自重包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品形式。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或其他任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种基于多通腔的激光脉冲压缩装置，其特征在于，包括：

模式匹配模块，用于改变入射脉冲的光斑大小、形貌和相位，使光斑能量密度小于非线性光谱展宽模块中的镜面的损伤阈值；

光路耦合模块，用于控制光斑耦合进非线性光谱展宽模块的入射位置和入射角度；

非线性光谱展宽模块，至少包括由两块相对平行放置、且反射率和焦距均相同的凹面反射镜构成的Herriott池，使入射脉冲激光在Herriott池中多次振荡，通过调节所述的光路耦合模块控制脉冲激光的入射位置和入射角度，在两块凹面反射镜上呈现经过设计的光斑分布样式；

色散补偿模块，用于补偿经过非线性展宽后激光脉冲产生的啁啾。

2.如权利要求1所述的基于多通腔的激光脉冲压缩装置，其特征在于，脉冲激光经所述的模式匹配模块整形后，输入所述的光谱展宽模块，非线性光谱展宽模块由多个反射镜组成，使激光脉冲在其中多次振荡，并与其中的物质的产生非线性作用后展宽光谱。

3.如权利要求1所述的基于多通腔的激光脉冲压缩装置，其特征在于， 所述的非线性光谱展宽模块作用是补偿非线性展宽后脉冲激光产生的色散，由典型的啁啾镜对组成，或透射光栅对、或反射光栅对去啁啾装置，作用在于补偿脉冲激光在所述的非线性光谱展宽模块中产生的啁啾。

4.如权利要求1所述的基于多通腔的激光脉冲压缩装置，其特征在于，所述的多通腔提供激光脉冲多次反射的结构，包括Herriott池，环形多通腔，多面反射镜组成的阵列，经过设计光斑样式同样可以应用于这些结构，增加散热效率。

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