[发明专利]一种激光脉冲压缩器及压缩方法

说明书

本发明属于激光放大技术领域，激光脉冲压缩器及压缩方法。该压缩方法将待压缩的脉冲入射第一透射光栅并衍射，经其衍射后入射第一棱镜，不同波段的光线在棱镜内发生色散，经过第一棱镜的出射面折射后进入两块棱镜之间的空气隙，再由反向平行放置的第二棱镜接收依次进入第二棱镜和第二透射光栅，经过第二棱镜和第二透射光栅后，光线被准直，最后通过宽带爬低镜将光线按照与原路方向相反的方向返回，再次通过上述由两光栅与棱镜所组成的压缩器并导出。本发明的压缩方法能有效补偿展宽器与放大器所引入的色散，实现补偿高至四阶色散的目的。

技术领域

本发明涉及激光放大技术领域，特别涉及一种可应用于放大器的啁啾脉冲时域压缩器与压缩方法，其可对啁啾脉冲放大系统的高阶色散进行有效补偿。

背景技术

1985年G.Mourou等人提出了啁啾脉冲放大(CPA)技术，CPA技术的问世，打破了超快激光能量放大的瓶颈，自此超快超强激光技术进入飞速发展的阶段。在过去30年间，CPA技术的出现和发展使得超快超强激光脉冲的产生成为可能，激光功率不断攀升，拍瓦(PW)量级激光系统不断涌现。这种超快超强激光已经成为前沿学科的重要研究工具，比如探索原子、分子运动规律、实验室天体物理、激光加速器、自由电子激光器等领域。

在CPA技术出现以前，除非扩大光斑、增加介质口径，否则很难避免高峰值功率密度的激光对元件造成破坏。在对超短脉冲进行放大时，CPA技术可以不通过增加光束及介质口径，就能避免在介质中产生过高的峰值功率。其实现方法是在放大前先对飞秒或皮秒脉冲引入一定的色散，将脉冲宽度在时域上展宽至皮秒甚至纳秒量级，降低峰值功率，然后再进行放大，这样就降低了元件损伤的风险，等获得了较高的能量以后，再补偿色散，并将脉冲宽度压缩至飞秒量级。利用CPA技术，可以有效地避免放大过程中过高的峰值功率造成的系统元件损伤，也可以避免过高的峰值功率导致增益饱和并产生不利的非线性效应。

为了实现压缩脉冲接近其初始宽度，则要求整个脉冲放大系统的色散为零。此时，压缩器需要能补偿展宽器、放大器所引入的色散。系统的剩余色散将导致输出脉冲宽度加宽、对比度急剧下降。

因此，在超快光学领域，色散补偿是至关重要的环节。

发明内容

本发明提供了一种能有效补偿展宽器与放大器所引入的色散，且能补偿高至四阶色散的激光脉冲压缩器与压缩方法。

一种激光脉冲压缩方法，包括以下步骤：

S1：将激光脉冲导入第一光栅G1，经第一光栅G1发生衍射。

S2：将上述衍射后的光线导入第一棱镜P1，使光线在第一棱镜P1的第一折射面P11处发生折射并进入第一棱镜P1内传播；不同波长的光线分别在第一折射面P11表面发生折射并进入第一棱镜P1内传播；光线在第一棱镜P1内传播后达到第一棱镜P1的第二折射面P12，并在第二折射面P12处发生第二次折射后，从第一棱镜P1导出。

S3：将由第一棱镜P1导出的光线导入第二棱镜P2，使光线在第二棱镜P2的第三折射面P21处发生折射并进入第二棱镜P2内传播；不同波长的光线分别在第三折射面P21处发生折射并进入第二棱镜P2内传播；光线在第二棱镜P2内传播后达到第二棱镜P2的第四折射面P22，并在第四折射面P22处发生折射后从第二棱镜P2导出。

S4：由第二棱镜P2导出的光线入射第二光栅G2，经第二光栅G2衍射，光线被准直。

S5：将由第二光栅G2导出的准直的光线反射以按原光路返回，按与S1、S2、S3、S4步骤(S1-S4步骤)所述光路反向地传播，再次通过压缩器以补偿色散而形成超短激光脉冲。

其中，所述的按原光路返回，包括两种方式，即：光线逆向传播，以及光线爬高或者爬低之后按照与入射光线平行且相反的方向传播。