[发明专利]一种啁啾脉冲压缩方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲压缩方法及装置，特别涉及一种利用等离子体的啁啾脉冲压缩方法及装置。

背景技术

自从上世纪60年代发明了第一台激光器以来，激光器不仅是一种认识自然本质的强有力的科研工具，而且在各个领域影响着人们的工作和生活，例如医疗，微加工领域等。随着激光器自身的发展和多样化，它的利用价值将有更充分的发挥。

强激光技术就是现在激光领域最重要的一个发展方向。发展强激光器的最主要的动力是激光核聚变，就是利用多束激光产生的辐射压缩一个氘氚靶丸，实现核反应。激光核聚变有望为人类提供用之不竭的能源。世界各国包括中国都在建设耗资过亿的资金建设各自的短脉冲高功率的超大激光器。1994年，美国Livemore国家实验室Tabak等人提出了一种新型聚变方案，简称快点火，这种新型聚变方案虽然减少实现聚变所需要的驱动激光能量，但需要采用超高功率的短脉冲激光。

现有技术中，短脉冲高功率的超大激光器都是基于80年代美国人Mourou发明的啁啾脉冲放大技术。啁啾脉冲放大技术的基本技术方案为：一个初始低能量的短激光脉冲，先通过一对衍射光栅得到展宽，接着在光学晶体中得到放大，然后再通过一对衍射光栅得到压缩，最后输出一个短脉冲高功率的激光脉冲。可见，在输出端起压缩作用的衍射光栅要遭遇很强的激光。这些衍射光栅的损伤阈值是限制产生更高功率的激光脉冲的限制因素之一，也就是说产生更高功率的激光需要具有更高损伤阈值的衍射光栅。

一般不论是金属还是绝缘电介质制造而成的衍射光栅，其损伤阈值仅在几个焦耳/厘米²的量级，限制了产生更高功率的激光脉冲。

现有技术中，普通透明绝缘材料制成的啁啾镜，如图1所示，是由两种不同折射率的透明介质层交替叠加而成，如高折射率n₁的材料TiO_2，，低折射率n₂的材料SiO₂，并且空间周期不均匀的一种介质镜。根据布拉格原理，在一个空间周期为d的周期性层状结构中，并且光垂直于层状结构(沿着周期方向)入射，当光的波长等于2d时就会被全反射，这时称入射光满足布拉格条件。显然，在一个空间周期变化的啁啾镜中，入射光脉冲(一个光脉冲总有一定的频谱宽度)中的不同频率的光会在啁啾镜中不同的位置因满足布拉格条件而被反射。在图1所示的啁啾镜中，一个无啁啾的入射脉冲从左向右入射，高频(短波长)的光场分量先在啁啾镜的左端(空间周期小)反射，而低频(长波长)分量的光场要传播到啁啾镜的右端(空间周期大)才被反射。由于不同频率的光在不同的位置被反射，使得最终反射出来的光是一个频率随着时间变化的被展宽的啁啾脉冲。图1所示的啁啾镜反射出的脉冲前沿是高频成分，后沿是低频成分，这就叫负啁啾脉冲。总之，一个无啁啾的脉冲入射到图1的啁啾镜中，反射出来一个展宽的负啁啾脉冲。也就是说，这样一个啁啾镜呈现负色散(负色散导致负啁啾)。负色散可以用来压缩一个正啁啾脉冲(前沿低频，后沿高频)。当从左向右入射一个正啁啾脉冲到图1的啁啾镜时，反射出来就是一个压缩后的高低频光在空间上重合的无啁啾脉冲。

但是，现有技术中的啁啾镜的不足在于，其损伤阈值仅在几个焦耳/厘米²的量级，限制了产生更高功率的激光脉冲。因此，人们希望有一种具有高光强破坏阈值的啁啾镜，将这种啁啾镜用到强激光器的啁啾脉冲放大技术中，能够大大提高激光功率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有高光强破坏阈值的啁啾脉冲压缩方法及装置。

为了达到上述目的，本发明采取如下技术方案。

一种啁啾脉冲压缩方法，包括如下步骤：

1)提供一段等离子体；

2)提供第一啁啾脉冲入射到所述等离子体；

3)提供第二无啁啾脉冲沿反向入射到所述等离子体；

4)将待压缩的啁啾激光脉冲沿着与所述第一啁啾脉冲相同的方向入射到所述等离子体。

在上述技术方案中，所述等离子体的密度范围为0.01—0.5N_C，其中N_C是临界等离子体密度。

在上述技术方案中，所述第一啁啾脉冲的脉宽大于所述第二无啁啾脉冲的脉宽。

在上述技术方案中，所述第一啁啾脉冲的脉宽范围为100飞秒—5皮秒；所述第二无啁啾脉冲的脉宽范围为20飞秒—500飞秒。

在上述技术方案中，所述待压缩的激光脉冲比所述第一啁啾脉冲落后200—300个光周期，也就是落后0.5-1皮秒入射到所述等离子体。