[发明专利]一种时间上高稳定的大能量百皮秒激光脉冲的产生装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种产生高稳定大能量的百皮秒激光脉冲的装置，属于非线性光学领域。

背景技术

惯性约束聚变可以提供巨大的能量，将成为有效解决未来能源问题和国防安全问题的重要途径之一，因此必然成为各国专家学者争相研究的热点。为了进行聚变点火，近年来人们提出了多种点火方案，而其中最有望实现的是由Betti等人于2007年提出的“冲击点火”方案。他们指出，如果能够产生多路脉宽为100ps量级，能量为100kJ量级的脉冲激光，冲击点火将有可能实现，与其它点火方案相比，这一方案对激光驱动器的综合要求最低。然而，如何获得这样的激光脉冲成为该方案的核心任务。

除惯性约束聚变中的冲击点火方案外，脉冲宽度为百皮秒量级的激光在诸如材料加工、基于汤普逊散射的等离子体诊断、激光测距、全息术等领域中也有着广泛的应用。在皮秒激光脉冲产生的研究中，通常是采用锁模的方法，但这种方法获得的单脉冲能量比较低，一般在纳焦耳至百微焦耳量级，要得到大能量的锁模脉冲，需要利用再生放大系统对其进行放大，而这一放大系统的光学结构十分复杂，放大效率低。另外，这种方法获得的激光脉冲光谱较宽，在激光测距等需要好的相干性光源的应用中受到限制。

利用调Q技术能产生短脉冲激光，所得能量高于锁模技术产生的脉冲能量，脉冲宽度可以到纳秒量级，并且可以利用MOPA系统对其进行直接高效率放大。利用SBS脉冲压缩技术可以将纳秒激光脉冲压缩到百皮秒量级，并具有很高的能量转换效率。这种获得百皮秒激光脉冲的方案不需要复杂的光学结构，造价低，是获得高能量短脉冲激光的有效途径。

传统的SBS脉冲压缩的原理是当一束激光在布里渊介质中传输时会与介质内部随机分布的热噪声相互作用发生自发布里渊散射，后向自发布里渊散射光中与泵浦光的频率差满足介质布里渊频移的成分被后续的泵浦光放大，形成放大的自发辐射光在泵浦光入射端输出。由于反射光是后向传输的，其脉冲前沿总是首先与泵浦光相互作用抽取泵浦光能量得到优先放大，脉冲后沿被放大各程度相对较小，最终导致脉冲形成陡前沿的结构，因此SBS后向散射光具有脉冲压缩效率。因为形成自发布里渊散射的热噪声是在介质池内随机分布的，所以这种起源方式产生的压缩脉冲具有一定的随机性，稳定性较差，在实际应用中会带来一些不利的影响。

发明内容

本发明目的是为了解决现有激光脉冲产生装置产生的激光脉冲能量较低，放大系统光学结构复杂、放大效率低，产生的激光脉冲光谱较宽，脉冲压缩方式稳定性差，在应用中受到限制的问题，提供了一种时间上高稳定的大能量百皮秒激光脉冲的产生装置。

本发明所述一种时间上高稳定的大能量百皮秒激光脉冲的产生装置，它包括激光源、半波片、偏振片、四分之一波片、SBS介质池、泵浦光参数测量装置和短脉冲输出光参数测量装置；

激光源发出的激光脉冲Pump经半波片和偏振片分成p态线偏振光和s态线偏振光，经偏振片反射的s态线偏振光入射至泵浦光参数测量装置，经偏振片透射的p态线偏振光入射至四分之一波片，经四分之一波片透射后变为圆偏振光入射至SBS介质池，部分激光脉冲Pump经过SBS介质池反射后反向传输入射至四分之一波片，经四分之一波片后变为s态线偏振光，该s态线偏振光通过偏振片反射后入射至短脉冲输出光参数测量装置。

通过旋转半波片的角度，控制p态线偏振光和s态线偏振光的比例。

所述泵浦光参数测量装置包括第一分束片、第一能量卡计和第一光电探测器；

偏振片反射的s态线偏振光入射至第一分束片，经第一分束片透射的透射光入射至第一能量卡计，经第一分束片反射的反射光入射至第一光电探测器。

激光脉冲Pump的波形为纳秒量级的超高斯型激光脉冲。

所述SBS介质池为空心圆柱形容器，空心圆柱形容器内充满SBS介质，两端分别由第一窗片和第二窗片密封，经四分之一波片透射的圆偏振光经过第一窗片入射至空心圆柱形容器，在SBS介质中传输后入射至第二窗片，部分激光脉冲Pump经SBS介质液面与第二窗片的临界面反射后反向传输，反射光经过第一窗片入射至四分之一波片。

经SBS介质液面与第二窗片的临界面反射的激光脉冲Pump中具有Stokes频移的成分被后续激光脉冲Pump放大，放大后的反射光经过第一窗片入射至四分之一波片，通过四分之一波片变成s态线偏振光后经入射到偏振片，经偏振片反射输出。

经SBS介质液面与第二窗片的临界面反射的激光脉冲Pump中具有Stokes频移的成分被后续激光脉冲Pump放大后的输出光的脉冲宽度为百皮秒量级。