[发明专利]一种新型的脉冲放大装置及放大方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的啁啾脉冲放大装置，主要涉及的是粒子强场实验研究，属于高能物理领域。 

背景技术

光是由在与其传播方向垂直的平面内相互正交振荡的电场和磁场组成。光的强度正比于组成光波的电场的平方与磁场的平方之和。由于激光具有极好的空间和时间相干性，所以激光光束中的电场比通常非相干光源的电场大许多个数量级。目前认为物质的最小单位原子是由原子核与绕原子核运动的电子组成的。传统原子物理学研究的主要内容是物质中电子在原子内电场作用下表现出来的行为和性质。近年来，由于超短脉冲啁啾放大( chirped pulse amplification) 技术的重大突破, 目前的超短脉冲激光聚焦后已经可以产生比原子内电场强得多的电场，从而使人类终于拥有了可以彻底改变和控制物质中电子的运动并进而改变物质性质和状态的能力。原子内的电场强度非常大。以氢原子为例, 束缚电子在氢原子中运动的原子内电场强度高达5*10⁹V/ cm. 这个电场究竟有多强? 作个简单的比较: 自然界中闪电的力量是巨大的, 雷霆万钧就是形容其威力的；但是, 闪电所产生的电场仅仅相当于原子内电场的百万分之一!如果把原子内电场的强度用于加速电子的话,只需要10cm 的加速距离就可以将电子加速到5*10¹⁰eV 的能量, 这大约相当于在日内瓦27km 周长的LEP 加速器上加速许多圈才能获得的能量。要想使激光的电场大到可以与原子内电场相比, 激光的光场至少要达到3*10¹⁶W/ cm²。这对于一般长脉冲( 脉宽> 10^-9s) 激光来说, 是个可望而不可及的目标。正是由于这个原因, 人类对于物质在强于原子内电场的电场中的运动规律的研究基本上是一个空白；而这一状况现在有了巨大的改变。近年来超短脉冲啁啾放大技术的重大突破, 使得激光强度提高了5到6个数量级。这种新型激光的聚焦光强高达10²⁰W/ cm², 所产生的电场强度远大于原子的内电场, 脉冲啁啾放大技术的基本原理如图1 所示：从宽频带超短脉冲( < 10^-12s) 振荡器发出图1超短光脉冲展宽- 放大- 压缩得到超短激光脉冲，其先通过一个色散延迟光学元件( 例如光栅) 使其脉冲宽度得到10³到10⁵ 倍的展宽, 然后注入激光放大器中进行放大, 以得到尽可能大的能量。由于此时的激光脉冲很宽, 所以放大后的激光脉冲光强仍低于激光介质的破坏阈值。在激光放大器之后, 再通过一个共轭色散补偿光学元件, 把放大后的激光脉冲再压缩回到原来的脉冲宽度。这样产生的激光聚焦后可以产生超过10²⁰W/ cm² 光强。目前, 英国的卢瑟福实验室、法国的里梅尔实验室和美国的利弗莫尔国家实验室的激光装置都已具有了这样的能力。我国和其他国家的激光装置也都在改造之中。值得一提的是, 用啁啾放大技术对原有的激光装置的改造比起依靠扩大激光输出口径、增多激光输出路数来提高激光功率的方案来要经济、合算得多。这些都属于现有技术中大家公知的技术，更具体的详情可参见张杰的《强场物理-一门崭新的学科》一文。正是由于啁啾脉冲放大技术的如此重要性，世界各国对于啁啾脉冲放大的研究也是异常踊跃，出现了各种各样的啁啾脉冲放大器，其所采用的原理都是如上面所指出的，其中所采用的展宽器和压缩器所采用的都是光栅或者光栅对，光栅或者光栅对制作相对复杂，成本高，在一些要求不太高的场合可能并不适合所有研究人员的选择，本发明针对此提出了一种能够替代上述展宽器和压缩器的放大装置。

发明内容

本发明针对上面的问题，提出了一种新型的啁啾脉冲放大装置。