[发明专利]一种产生高时间对比度飞秒激光脉冲的方法及装置

说明书

本发明公开了一种产生高时间对比度飞秒激光脉冲的装置及应用该装置产生高时间对比度飞秒激光脉冲的方法。该装置包含飞秒激光振荡器、激光泵浦源、再生放大器、电光开关、展宽器、对比度提升模块、压缩器。飞秒振荡器输出的低能量脉冲直接送入一再生放大器进行预放大，然后将预放大的脉冲送入时间对比度提升模块提升时间对比度，及经过脉冲展宽器将脉冲展宽，然后重新送入前述的再生放大器放大至饱和输出，随后通过一个单通道电光开关控制，使其进入脉冲压缩器，最终产生高时间对比度高能量的飞秒激光脉冲。此发明实现了只需单一放大器便能产生高时间对比度的激光脉冲，同时具备架构简单、结构紧凑、高稳定性、光斑质量佳等特性。

技术领域

本发明属于超快激光放大器领域，具体涉及一种产生高时间对比度飞秒激光脉冲的方法及实现该方法的装置。

背景技术

由于啁啾脉冲放大(CPA)技术的发明，在过去几十年中，具有超快超强脉冲的高功率激光系统获得空前的进展。超快超强脉冲和材料相互作用可加速粒子(电子、质子、离子)或产生各种波段的光源(极紫外、X射线、射线等)，将传统大型加速器才能产生的光源，缩小至一张桌面大小的尺寸即可产生。

目前，基于CPA技术的飞秒激光系统已可达到10PW的峰值功率。当激光峰值功率增加的同时，在主脉冲前(50皮秒到1纳秒)由于泵浦光放大自发辐射(ASE)产生的预脉冲功率也会跟着提高(如图1所示)，强度足够在材料上产生等离子体，并破坏主脉冲或是材料本身的特性，进而影响加速粒子或射线源。也因此，脉冲的时间对比度，定义为图1中P₀和P₁的比值，必须足够大以确保预脉冲的强度不超过材料的电离阈值。

高功率的飞秒激光系统中，振荡器的时间对比度约10^8-9，但由于振荡器产生的脉冲能量较小(nJ量级)，展宽后的种子脉冲和后续放大过程中产生的ASE在时间和光谱上又重叠，因此在主脉冲脉宽范围内的ASE 很难被抑制，导致进入再生放大器放大后的时间对比度变差，例如典型的再生放大器的时间对比度为10^6-7。这样的时间对比度对于峰值功率达100TW以上的激光系统来说，在很多应用方面是远远不够的。