[发明专利]一种用于飞秒激光脉冲放大系统中脉冲前沿畸变的补偿装置和补偿方法

说明书

本发明公开了一种用于飞秒激光脉冲放大系统中脉冲前沿畸变的补偿装置和补偿方法，该装置安装在飞秒激光脉冲放大系统的两个放大级之间,包括一个凹透镜和一个离轴抛面镜，离轴抛面镜的焦距大于凹透镜的焦距，两者共焦放置。通过计算飞秒激光脉冲放大系统中所有透镜扩束器所引入的脉冲前沿畸变量，确定凹透镜的焦距。根据飞秒激光脉冲放大系统所要求的扩束比以及凹透镜的焦距，可以确定离轴抛面镜的焦距。在飞秒激光脉冲放大系统中使用该装置，不仅可以实现激光脉冲的扩束，还可以有效地补偿由透镜扩束器所引起的脉冲前沿畸变，从而提升聚焦后飞秒激光脉冲的真实聚焦峰值强度。

技术领域

本发明涉及飞秒激光脉冲放大系统中的脉冲前沿畸变，尤其是涉及一种脉冲前沿畸变的补偿装置和补偿方法。

背景技术

啁啾脉冲放大技术的发明推动了超强超短脉冲激光系统的迅猛发展。目前，钛宝石飞秒激光脉冲放大系统的峰值功率已经达到拍瓦(1拍瓦＝10¹⁵W)量级。为了避免对激光脉冲放大系统中的光学元件造成损伤，激光脉冲的光束口径也相应地通过脉冲扩束器增大到百毫米甚至数百毫米量级。随着激光脉冲峰值功率及光束口径的增长，由激光脉冲放大系统中的透镜扩束器所引起的脉冲前沿畸变也逐渐引起了人们的关注。脉冲前沿，即脉冲的能量前沿，可以理解为波包的峰值所对应的平面或曲面。当激光脉冲经过透镜扩束器后，色散作用将导致脉冲前沿相对脉冲波前产生依赖于光束空间位置的延迟，从而形成脉冲前沿畸变。目前，大部分钛宝石飞秒激光脉冲放大系统中使用的都是传统的透射式扩束器，传统的透射式扩束器主要包括两种：即开普勒型的扩束器和伽利略型的扩束器。图1和图2分别显示了激光脉冲通过开普勒型和伽利略型扩束器后的脉冲前沿畸变。尽管这两种扩束器的结构不一样，而且引入的脉冲前沿的畸变量也不同，但是脉冲前沿发生畸变的趋势却是相似的，都是靠近光束中心位置处的脉冲前沿滞后于靠近光束边缘位置处的脉冲前沿。而且随着光束口径的增大，脉冲前沿的畸变量通常可与激光脉冲的时间宽度相比拟，甚至远大于激光脉冲的时间宽度。

脉冲前沿的畸变，会使得激光脉冲在聚焦时不同空间位置处的光线到达焦点区域的时间不同，从而引起焦点区域的脉冲时间宽度的展宽，造成真实聚焦脉冲峰值强度的下降。因此，为了改善真实的聚焦脉冲峰值强度，有必要采取相应的技术手段来补偿飞秒激光脉冲放大系统中由透射式扩束装置引起的脉冲前沿畸变。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对飞秒激光脉冲放大系统中由透镜扩束器引入的的脉冲前沿畸变，提供一种脉冲前沿畸变补偿装置和补偿方法，能够有效地补偿透镜扩束器引入的脉冲前沿畸变，从而提升激光脉冲聚焦后的真实峰值强度。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于飞秒激光脉冲放大系统中脉冲前沿畸变的补偿装置，它包括一个凹透镜和一个离轴抛面镜，所述的离轴抛面镜的焦距比所述的凹透镜的焦距大，且两者共焦放置。

所述的一种用于飞秒激光脉冲放大系统中脉冲前沿畸变的补偿装置，安装在飞秒激光脉冲放大系统中两个放大级之间，在完成脉冲前沿畸变补偿的同时实现了脉冲的扩束。

本发明解决上述技术问题所采用的又一技术方案为：一种用于飞秒激光脉冲放大系统中脉冲前沿畸变的补偿方法，包括以下步骤，步骤一：计算飞秒激光脉冲放大系统中所有透镜扩束器所引入的脉冲前沿畸变量；步骤二：根据步骤一计算所得的脉冲前沿畸变量，确定所述的凹透镜的焦距；步骤三：根据所述的凹透镜的焦距和飞秒激光脉冲放大系统所要求的扩束比，确定离轴抛面镜的焦距；步骤四：将所述的凹透镜和离轴抛面镜安装在飞秒激光脉冲放大系统中，且两者共焦放置。

所述步骤一中由飞秒激光脉冲放大系统中所有透镜扩束器所引入的脉冲前沿畸变量是根据下列公式通过计算获得的：