[发明专利]一种产生具有烧蚀预脉冲的强场脉冲装置及其实现方法

权利要求书

1.一种产生具有烧蚀预脉冲的强场脉冲装置，自啁啾激光脉冲放大CPA系统依次包括种子源、展宽器、放大器组和压缩器；其中，放大器组包括前级放大器组、扩束系统、第一级放大器和第二级放大器，前级放大器组包含m个放大器，m为≥0的自然数；其特征在于，所述产生具有烧蚀预脉冲的强场脉冲装置为在CPA系统的放大器组中的第一级放大器和第二级放大器之间插入一个激光分束装置，激光分束装置包括：第一分束镜、第二分束镜、第一主激光传输镜和第二主激光传输镜，入射角均为45°；其中，种子源经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长激光脉冲；进入放大器组，依次经过前级放大器组和扩束系统后，经第一级放大器放大能量；激光脉冲经过第一分束镜的反射和透射分成两部分，第一分束镜的反射光：透射光的比例大于9:1；其中，经第一分束镜的反射光，再依次经过第一主激光传输镜和第二主激光传输镜反射，作为主激光脉冲；经第一分束镜的透射光作为烧蚀预脉冲；主激光脉冲与烧蚀预脉冲经过传输后通过第二分束镜进行合束；由于主激光脉冲在第一分束镜与第二分束镜之间的光程大于烧蚀预脉冲在第一分束镜与第二分束镜之间的光程，因此主激光脉冲在烧蚀预脉冲之后；经过激光分束装置后，在主激光脉冲之前具有一个烧蚀预脉冲，主激光脉冲和烧蚀预脉冲进一步进入第二放大器中被放大，再进入压缩器中进行压缩，压缩器将主激光脉冲压缩到最短脉宽后传输到靶区；靶区具有一个聚焦镜，由于烧蚀预脉冲与主激光脉冲同轴同向，因此该聚焦镜同时对烧蚀预脉冲和主激光脉冲聚焦，焦点位置相同，不需要解决烧蚀预脉冲与主激光脉冲的重叠问题；

所述强场脉冲装置还包括色散调控装置，设置在烧蚀预脉冲光路中；色散调控装置位于第一分束镜与第二分束镜之间；色散调控装置采用压缩器或展宽器；如果透射的烧蚀预脉冲大于5mJ，色散调控装置采用压缩器，压缩器提供整个CPA系统中压缩器一半的压缩量；压缩器为双光栅结构，通过调节光栅的间距，调节烧蚀预脉冲的脉冲宽度；如果透射的烧蚀预脉冲小于5mJ，色散调控装置采用展宽器，展宽器提供色散，展宽器提供的二阶色散量大于10000fs²，小于1000000fs²；如果烧蚀预脉冲的光斑小于4mm，烧蚀预脉冲直接进入展宽器进行展宽；如果烧蚀预脉冲的光斑大于4mm，此时激光脉冲需要先经过透镜组缩束，使得烧蚀预脉冲的光斑小于4mm后再进入展宽器，展宽器输出的光在经过透镜组成的扩束装置进行扩束，使烧蚀预脉冲的光斑与主激光脉冲相同；通过调节扩束装置使烧蚀预脉冲的发散角与主激光脉冲的发散角相同。

2.如权利要求1所述的产生具有烧蚀预脉冲的强场脉冲装置，其特征在于，还包括光路延迟装置，设置在主激光脉冲光路中；光路延迟装置包括第一和第二固定镜片、第一和第二延迟镜片以及电控平移台；其中，第一和第二固定镜片以及第一和第二延迟镜片均为入射角为45°的镜片；第一和第二固定镜片固定放置在第一主激光传输镜与第二主激光传输镜之间，并且四者位于同一条直线上；第一和第二延迟镜片设置在电控平移台上；经第一主激光传输镜反射的主激光脉冲，经过第一固定镜片，将主激光脉冲垂直反射，传输至第一延迟镜片，第一延迟镜片再将主激光脉冲垂直反射，进入第二延迟镜片，第二延迟镜片将再将主激光脉冲垂直反射，反射光与从第一固定镜片反射出的光平行，且传播方向相反，继续传输到第二固定镜片后垂直反射；第一固定镜片到第一延迟镜片的光程等于第二延迟镜片到第二固定镜片的光程，使得光路延迟装置的植入不会影响原始激光的传输。

3.如权利要求2所述的产生具有烧蚀预脉冲的强场脉冲装置，其特征在于，所述电控平移台的行程大于15cm，电控平移台的移动大于15cm，保障该光路延迟装置可提供0～30cm可调光程，即可提供主激光脉冲0～1ns时间延迟。

4.如权利要求1所述的产生具有烧蚀预脉冲的强场脉冲装置，其特征在于，所述展宽器采用材料展宽器、马丁内兹展宽器或者欧浮纳展宽器。

5.一种产生具有烧蚀预脉冲的强场脉冲的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：

1)搭建光路：

自啁啾激光脉冲放大CPA系统依次包括种子源、展宽器、放大器组和压缩器；其中，放大器组包括前级放大器组、扩束系统、第一级放大器和第二级放大器，前级放大器组包含m个放大器，m为≥0的自然数；

在CPA系统的放大器组中的第一级放大器和第二级放大器之间插入一个激光分束装置，激光分束装置包括：第一分束镜、第二分束镜、第一主激光传输镜和第二主激光传输镜，入射角均为45°；

在烧蚀预脉冲光路中设置色散调控装置；色散调控装置位于第一分束镜与第二分束镜之间；色散调控装置采用压缩器或展宽器；如果透射的烧蚀预脉冲大于5mJ，色散调控装置采用压缩器，压缩器提供整个CPA系统中压缩器一半的压缩量；压缩器为双光栅结构，通过调节光栅的间距，调节烧蚀预脉冲的脉冲宽度；如果透射的烧蚀预脉冲小于5mJ，色散调控装置采用展宽器，展宽器提供色散，展宽器提供的二阶色散量大于10000fs²，小于1000000fs²；如果烧蚀预脉冲的光斑小于4mm，烧蚀预脉冲直接进入展宽器进行展宽；如果烧蚀预脉冲的光斑大于4mm，此时激光脉冲需要先经过透镜组缩束，使得烧蚀预脉冲的光斑小于4mm后再进入展宽器，展宽器输出的光在经过透镜组成的扩束装置进行扩束，使烧蚀预脉冲的光斑与主激光脉冲相同；通过调节扩束装置使烧蚀预脉冲的发散角与主激光脉冲的发散角相同；

2)种子源经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长激光脉冲；再进入放大器组，依次经过前级放大器组和扩束系统后，经第一级放大器放大能量；

3)从第一级放大器放大能量的激光脉冲进入激光分束装置：

经过第一分束镜的反射和透射分成两部分，第一分束镜的反射光：透射光的比例大于9:1；其中，经第一分束镜的反射光，再依次经过第一主激光传输镜和第二主激光传输镜反射，作为主激光脉冲；经第一分束镜的透射光作为烧蚀预脉冲；主激光脉冲与烧蚀预脉冲经过传输后通过第二分束镜进行合束；由于主激光脉冲在第一分束镜与第二分束镜之间的光程大于烧蚀预脉冲在第一分束镜与第二分束镜之间的光程，因此主激光脉冲在烧蚀预脉冲之后；

4)经过激光分束装置后，在主激光脉冲之前具有一个烧蚀预脉冲，主激光脉冲和烧蚀预脉冲进一步进入第二放大器中被放大，再进入压缩器中进行压缩，压缩器将主激光脉冲压缩到最短脉宽后传输到靶区；

5)靶区具有一个聚焦镜，由于烧蚀预脉冲与主激光脉冲同轴同向，因此该聚焦镜同时对烧蚀预脉冲和主激光脉冲聚焦，焦点位置相同，不需要解决烧蚀预脉冲与主激光脉冲的重叠问题。