高對(duì)比度的啁啾脈沖放大裝置制造方法
【專利摘要】一種高對(duì)比度的啁啾脈沖放大裝置，包括依次的長(zhǎng)波飛秒光源、倍頻器和雙色鏡，在所述的雙色鏡后還有依次的展寬器、放大器和壓縮器，所述的放大器的放大介質(zhì)的發(fā)射光譜必須覆蓋所述的長(zhǎng)波飛秒光源光的倍頻光光譜。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、環(huán)境要求低、輸出效率高和脈沖對(duì)比度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】高對(duì)比度的啁啾脈沖放大裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超短激光【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種高對(duì)比度的啁啾脈沖放大裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率超短激光脈沖在材料加工、醫(yī)學(xué)治療、物理化學(xué)生物科學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，這些應(yīng)用大多基于激光的高峰值功率密度。目前獲得高峰值功率最主要的技術(shù)途徑是應(yīng)用啁啾脈沖放大技術(shù)(CPA, chirped-pulse amplification)將超短脈沖(幾十fs?百fs量級(jí))先在時(shí)間上展寬至百ps?ns量級(jí),再通過放大器放大能量,最后在時(shí)間上壓縮重新得到超短脈沖。在CPA放大過程中會(huì)出現(xiàn)自發(fā)輻射，這種自發(fā)輻射再經(jīng)后續(xù)的放大形成自發(fā)福射放大(ASE, amplified spontaneous emission),另外在放大過程由于光學(xué)元件表面反射，前后沿出現(xiàn)預(yù)脈沖和后脈沖，在通常的CPA激光系統(tǒng)中脈沖對(duì)比度(定義為)通常為IO6?8左右。通常，超短脈沖與物質(zhì)相互作用時(shí)，主脈沖激光的聚焦強(qiáng)度可以達(dá)到1018W/cm2甚至更高，這樣，主脈沖前的預(yù)脈沖和ASE功率密度就達(dá)到IOltl?12W/cm2，一般物質(zhì)在激光功率密度達(dá)到10n/Cm2時(shí)就會(huì)在幾十ps時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生等離子體，而等離子體會(huì)阻止主脈沖與物質(zhì)相互作用。
[0003]—般，在CPA放大過程中，由于振蕩器產(chǎn)生的鎖模脈沖能量較小(?nj量級(jí))，對(duì)比度較低(IO8?9)，而展寬后的種子脈沖和放大過程中產(chǎn)生的ASE在時(shí)間上重疊，光譜上又是一致的，因此在主脈沖的脈寬范圍內(nèi)的ASE和預(yù)脈沖很難抑制，導(dǎo)致最后壓縮脈沖對(duì)比度惡化。目前，關(guān)于提高脈沖對(duì)比度的應(yīng)用主要基于雙啁啾脈沖放大技術(shù)(DCPA)[參見在先技術(shù) 1:“Double chirped-pulse-amplif ication laser: away to clean pulses temporally”, M.P.Kalashnikov, E.Risse, H.SclidmirIyJ and
ff.Sandner, Opt.Lett.30, 923 (2005)]結(jié)合利用交叉偏振波技術(shù)(XPW, cross-Po lari zedwave generization)[參見在先技術(shù) 2 ICT-1Otemporal contrast for femtosecondultraintense lasers by cross-polarized wave generation，，，A.Jullien, 0.Albert, F.Burgy, G.Hamoniaux, J.-P.Rousseau, J.-P.Chambaret, F.Auge-Rocherau, G.Cheriaux, J.Etchepare, N.Minkovski, and S.Saltiel, Opt.Lett.30, 920 (2005)],或者光參量放大技術(shù)(0ΡΑ, optical-parametric amplification)[參見在先技術(shù) 3:“High_contrastoptical - parametric amplifier as a front end of high-power laser systems，，，C.Dorrer, 1.A.Begishev, A.V.0kishev, and J.D.Zuegel, Opt.Lett.32, 2143 (2007)]產(chǎn)生高對(duì)比度高能量的種子脈沖。這種方法由于種子光是高能量的(?10 μ J量級(jí))，因此抑制了放大過程中的ASE，而本身又具有高對(duì)比度，因而大大提高放大脈沖的對(duì)比度。通過這種結(jié)合多種技術(shù)的方法可以將脈沖對(duì)比度提高至101°以上，滿足應(yīng)用的需要。
[0004]但是，這種技術(shù)存在一些不足之處。首先，在先技術(shù)中，需要通過兩種技術(shù)結(jié)合提高對(duì)比度，脈沖需要經(jīng)過展寬-放大-壓縮-凈化-再展寬-再放大-再壓縮的復(fù)雜過程，因此，涉及光學(xué)元件非常多，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，占用空間也大，不利于裝置的小型化。其次，再其凈化過程中，XPW技術(shù)雖然結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但交叉偏振波產(chǎn)生利用三階非線性晶體的三階非線性效應(yīng)，因此需要較高的入射功率，苛刻的光束質(zhì)量和脈沖穩(wěn)定性，一般為免于損傷非線性晶體，降低入射功率，因而效率一般不超過20%。對(duì)較長(zhǎng)脈寬(百fs量級(jí))，由于入射功率降低，效率更低，因此極少見到真正的應(yīng)用。為隔離輸出光和輸入光需要用到偏振元件，因此其對(duì)比度提高程度受偏振元件消光比限制(一般小于105)。而OPA技術(shù)需要至少經(jīng)歷兩個(gè)非線性過程(倍頻和0ΡΑ)，在OPA時(shí)需要調(diào)節(jié)泵浦光和種子光同步，因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且穩(wěn)定性和光束質(zhì)量受入射光影響較大，總的輸出效率低，一般僅10%~20%,甚至更低?？偟膩碚f，這種方法由于采用DCPA結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，且穩(wěn)定性較差，對(duì)環(huán)境要求高，不利于維護(hù)，另外，由于應(yīng)用的脈沖凈化技術(shù)復(fù)雜，凈化輸出穩(wěn)定性，效率均受到影響。因此這種技術(shù)具有很大的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種高對(duì)比度的啁啾脈沖放大裝置。該裝置具有光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、對(duì)環(huán)境條件要求低、對(duì)比度提高幅度大等優(yōu)點(diǎn)，可以作為大型激光系統(tǒng)理想的高對(duì)比度種子源。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0007]—種高對(duì)比度的啁啾脈沖放大裝置，包括依次的長(zhǎng)波飛秒光源、倍頻器和雙色鏡，其特點(diǎn)在于在所述的雙色鏡后還有依次的展寬器、放大器和壓縮器。
[0008]所述的長(zhǎng)波飛秒光源為一臺(tái)固體鎖模飛秒激光器，或固體鎖模飛秒激光器和固體飛秒放大器組成的光源，或由光纖飛秒鎖模振蕩器、展寬器、光纖放大器、壓縮器組成的緊湊的光纖飛秒啁啾脈沖放大器，所述的放大器的放大介質(zhì)的發(fā)射光譜必須覆蓋所述的長(zhǎng)波飛秒光源光的倍頻光光譜。。
[0009]所述的倍頻器的晶體為偏硼酸鋇晶體、三硼酸鋰晶體、三硼酸鉍晶體或氘化磷酸
二氫鉀晶體。
[0010]所述的雙色鏡為鍍基頻光高透膜倍頻光高反膜的鏡片，或鍍基頻光高反膜倍頻光高透膜的鏡片。
[0011]所述的放大器的放大介質(zhì)的發(fā)射光譜與飛秒光源光的倍頻光光譜完全匹配。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是基于非線性晶體的倍頻理論:
[0013]一束光通過倍頻晶體后，其倍頻光強(qiáng)為:
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種高對(duì)比度的啁啾脈沖放大裝置，包括依次的長(zhǎng)波飛秒光源(I)、倍頻器(2)和雙色鏡(3)，其特征在于在所述的雙色鏡(3)后還有依次的展寬器(4)、放大器(5)和壓縮器(6)，所述的放大器(5)的放大介質(zhì)的發(fā)射光譜必須覆蓋所述的長(zhǎng)波飛秒光源(I)光的倍頻光光譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高對(duì)比度的啁啾脈沖放大裝置，其特征在于所述的長(zhǎng)波飛秒光源(I)為一臺(tái)固體鎖模飛秒激光器，或固體鎖模飛秒激光器和固體飛秒放大器組成的光源，或由光纖飛秒鎖模振蕩器、展寬器、光纖放大器、壓縮器組成的緊湊的光纖飛秒啁啾脈沖放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高對(duì)比度的啁啾脈沖放大裝置，其特征在于所述的倍頻器(2 )的晶體為偏硼酸鋇晶體、三硼酸鋰晶體、三硼酸秘晶體或氣化磷酸二氫鉀晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高對(duì)比度的啁啾脈沖放大裝置，其特征在于所述的雙色鏡(3)為鍍基頻光高透膜倍頻光高反膜的鏡片，或鍍基頻光高反膜倍頻光高透膜的鏡片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高對(duì)比度的啁啾脈沖放大裝置，其特征在于所述的放大器(5)中放大介質(zhì)的發(fā)射光譜與飛秒光源(I)光的倍頻光光譜完全匹配。
【文檔編號(hào)】H01S3/10GK103926779SQ201410025427
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】陸效明, 冷雨欣, 劉彥祺, 許毅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所