[发明专利]高功率激光时空啁啾脉冲放大系统

说明书

一种高功率激光时空啁啾脉冲放大系统，由激光种子脉冲源、脉冲时域展宽器、脉冲空间展宽器、可级联的啁啾脉冲放大器、脉冲空间压缩器和脉冲时域压缩器构成。由激光种子脉冲源输出种子脉冲，种子脉冲经脉冲时域展宽器展宽为时域啁啾脉冲，时域啁啾脉冲再经脉冲空间展宽器展宽为时空啁啾脉冲，然后通过一个或多个可级联的啁啾脉冲放大器对时空啁啾脉冲进行能量放大和光谱整形，经放大后的时空啁啾脉冲再依次经过脉冲空间压缩器和脉冲时域压缩器而被压缩为超短激光脉冲。该系统在时空啁啾脉冲放大过程中实现其光谱整形，可以有效抑制CPA系统中的光谱窄化和光谱红移，且避免了光谱滤波所造成的激光脉冲能量损耗及滤波装置适用条件的限制。

技术领域

本发明涉及高功率激光脉冲放大，特别是一种高功率激光时空啁啾脉冲放大系统。

背景技术

1960年，美国Hughes实验室的Maiman发明了世界上第一台激光器。随后，调Q技术和锁模技术迅速发展，激光脉冲峰值功率达到GW(10⁹W)量级。当继续提高激光功率时，光束自聚焦等非线性效应增强，容易造成光学元件损伤。1985年，美国Rochester大学的D.Strickland和G.Mourou应用啁啾脉冲放大(以下简称为CPA)技术很好的解决了上述问题。激光种子脉冲先在时域上被展宽为啁啾脉冲，时域啁啾脉冲经能量放大后再被压缩为超短激光脉冲。利用CPA技术已使得激光脉冲峰值功率达到TW(10¹²W)甚至PW(10¹⁵W)量级以上。对于传统的CPA技术，时域啁啾脉冲在能量放大过程中将会产生光谱窄化和光谱红移等效应，从而影响压缩后激光脉冲宽度。为了抑制光谱窄化和光谱红移，在CPA系统中通常需要对激光种子脉冲进行光谱滤波(物理学报,2005(06):2764-2768)。然而，光谱滤波将会造成激光脉冲能量的损耗，且滤波装置需适用于一定的激光条件。可见，需要突破传统CPA技术中的局限性，进而提升CPA系统的激光功率输出能力。

发明内容

本发明提供一种高功率激光时空啁啾脉冲放大系统，突破传统CPA系统中光谱窄化和光谱红移效应的限制，促进CPA系统激光功率输出能力的提升。

本发明的技术解决方案如下：

一种高功率激光时空啁啾脉冲放大系统，包括激光种子脉冲源、脉冲时域展宽器与脉冲时域压缩器，其特点在于还包括脉冲空间展宽器、可级联的啁啾脉冲放大器和脉冲空间压缩器，所述的可级联啁啾脉冲放大器的构成包括：多路泵浦激光脉冲、多个泵浦光反射镜、增益介质、多个种子光反射镜，所述的种子脉冲经所述的脉冲时域展宽器展宽为时域啁啾脉冲，该时域啁啾脉冲再经所述的脉冲空间展宽器展宽为时空啁啾脉冲，所述的多路泵浦激光脉冲分别经所述的泵浦光反射镜反射后作用于所述的增益介质上，所述的时空啁啾脉冲经多个种子光反射镜反射而多次通过所述的增益介质；在所述的增益介质的横截面处，所述的多路泵浦激光脉冲沿所述的时空啁啾脉冲的空间啁啾方向(即z轴方向)依次排布，经过一个或多个所述的可级联的啁啾脉冲放大器对所述的时空啁啾脉冲进行能量放大和光谱整形后，所述的时空啁啾脉冲再依次经过所述的脉冲空间压缩器和脉冲时域压缩器被压缩为超短激光脉冲。

所述的脉冲空间展宽器为棱镜对或光栅对，时域啁啾脉冲通过脉冲空间展宽器后产生垂直于其传播主平面(即xy平面)的空间啁啾，所述的脉冲空间压缩器与所述的脉冲空间展宽器结构对称而功能相反。

所述的可级联啁啾脉冲放大器通过调节所述的多路泵浦激光脉冲的能量、偏振或延时可抑制光谱窄化和光谱红移。

与现有技术相比，本发明具有以下显著特点：

1.利用时空啁啾脉冲放大技术，可实现时空啁啾脉冲的多级多通放大，抑制CPA系统中的光谱窄化和光谱红移，进而提升其激光功率输出能力；

2.在时空啁啾脉冲放大过程中，可逐级实现时空啁啾脉冲的光谱整形，避免了预补偿光谱滤波所造成的激光脉冲能量损耗及滤波装置适用条件的限制。

附图说明