一種組合式啁啾脈衝壓縮器的製造方法
2023-05-07 06:25:41
一種組合式啁啾脈衝壓縮器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種組合式啁啾脈衝壓縮器，該壓縮器包括至少一組啁啾布拉格光柵，每組包括四塊啁啾布拉格光柵，且四塊啁啾布拉格光柵分為鏡像設置的兩部分，每部分的兩塊啁啾布拉格光柵平行設置，使得整個壓縮器無空間啁啾，結構緊湊、空間體積小，且輸入輸出脈衝光束同軸，可以封裝為一個模塊，實現即插即用的目的。通過採用光熱敏折變玻璃製備啁啾布拉格光柵，雷射誘導損傷閾值高，可承受10J/cm2的能量密度，色散能力強，可用於脈寬為納秒量級及其以下的脈衝壓縮，適用範圍較廣。
【專利說明】一種組合式啁啾脈衝壓縮器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於光脈衝壓縮器設計製造領域，具體涉及一種組合式啁啾脈衝壓縮器。
【背景技術】
[0002]自從1960年Theodore H.Maiman實用新型第一臺雷射器開始,人們就一直在尋求更高能量、更高功率的雷射，並利用其作為實驗手段發現新現象、構建新理論，研製新材料、製作新器件，推動科學、醫療以及工程等領域的進一步發展。
[0003]如何提高雷射的輸出能量以及功率，自雷射實用新型以來就一直受到人們的廣泛關注。在雷射實用新型的初期，調Q與鎖模技術的應用將雷射脈衝的峰值功率提升至IO9W量級。雷射的能量來自處於反轉狀態的粒子，而這些粒子是被外界泵浦，由基態激發到高能態上去的，隨後這些粒子在極短的時間內(納秒或者更短)向下能態躍遷，同時發出的受激輻射形成雷射。然而，當雷射功率過高時，增益介質就會因自聚焦等非線性光學效應而被雷射損壞。因此，增益介質能夠輸出的最大功率密度就必須低於該介質的雷射損傷閾值，這也是調Q與鎖模技術無法突破IO9W瓶頸的原因所在。
[0004]1985 年，Rochester 大學的 Gerard Mourou 與 Donna Strickland 將雷達中的啁啾脈衝放大(chirped pulse amplification,簡稱CPA)概念引入到雷射領域,改變了這一現狀，為脈衝峰值功率的進一步提高奠定了基礎。CPA技術利用色散元件(例如衍射光柵、稜鏡等)在種子脈衝進入增益介質之前將其展寬:脈衝的低頻成分走的路徑要比高頻成分要短(正啁啾)，因此其脈寬要比初始時要大，峰值功率得到降低，通過色散元件調節脈衝的啁啾量便可以將脈衝的峰值功率降低到增益介質的損傷閾值之下。經增益介質放大後的脈衝再次通過色散元件，此時色散元件的作用與展寬時剛好相反，即補償脈衝中的啁啾，將脈衝壓縮到種子脈衝的寬度，此時的脈衝峰值功率便能得到極大的提高。CPA技術成功地規避了增益介質損傷閾值的問題，產生的雷射聚焦功率甚至超過了 102°W/cm2量級，成為全世界高功率雷射系統的核心技術。
[0005]CPA系統的關鍵器件之一是啁啾脈衝壓縮器，壓縮器的雷射誘導損傷閾值直接決定了系統的輸出功率密度；壓縮器的均勻性與輸出雷射波前畸變息息相關。常用的壓縮器有:稜鏡對、光纖、啁啾鏡以及衍射光柵對，國內可見一種基於衍射光柵對的啁啾脈衝壓縮器，並採用組合透鏡對高階色散進行了補償(中國專利號200410017495.5);可見一種利用等離子體的啁啾脈衝壓縮方法(中國專利號200610076255.1);可見一種基于禁帶反射的啁啾脈衝壓縮器(中國專利號201210535671.9)。稜鏡對結構簡單，但是帶寬小，且存在較大的高階色散；光纖的雷射誘導損傷閾值低，且容易產生和頻、差頻等非線性效應；啁啾鏡色散量小；衍射光柵對的雷射誘導損傷閾值低(約數個焦耳/平方釐米)，且主要通過增大光柵間距獲得大色散量，需要的空間體積大。
[0006]因此，鑑於以上問題，有必要提出一種新型的脈衝壓縮器，可適用於脈寬為納秒量級及其以下的脈衝壓縮，且雷射誘導損傷閾值高，色散量大，結構緊湊、空間體積小，便於封裝使用。
實用新型內容
[0007]有鑑於此，本實用新型提供一種組合式啁啾脈衝壓縮器，可適用於脈寬為納秒量級及其以下的脈衝壓縮，且雷射誘導損傷閾值高，色散量大，結構緊湊、空間體積小，便於封裝使用。
[0008]根據本實用新型的目的提出的一種組合式啁啾脈衝壓縮器，包括至少一組啁啾布拉格光柵，每組包括四塊啁啾布拉格光柵，所述四塊啁啾布拉格光柵分為鏡像設置的兩部分，第一部分包括平行設置的第一啁啾布拉格光柵與第二啁啾布拉格光柵，第二部分包括平行設置的第三啁啾布拉格光柵與第四啁啾布拉格光柵，輸入脈衝依次經過第一啁啾布拉格光柵、第二啁啾布拉格光柵、第三啁啾布拉格光柵與第四啁啾布拉格光柵反射壓縮後輸出，形成輸出脈衝。
[0009]優選的，所述輸入脈衝與所述輸出脈衝同軸。
[0010]優選的，所述啁啾布拉格光柵厚度為lcm_4cm。
[0011]優選的，所述輸入脈衝的入射角小於60°。
[0012]優選的，所述啁啾布拉格光柵為位相型啁啾布拉格體光柵。
[0013]優選的，所述輸入脈衝的壓縮量與入射角及光柵厚度的關係式為:
【權利要求】
1.一種組合式啁啾脈衝壓縮器，其特徵在於，包括至少一組啁啾布拉格光柵，每組包括四塊啁啾布拉格光柵，所述四塊啁啾布拉格光柵分為鏡像設置的兩部分，第一部分包括平行設置的第一啁啾布拉格光柵與第二啁啾布拉格光柵，第二部分包括平行設置的第三啁啾布拉格光柵與第四啁啾布拉格光柵，輸入脈衝依次經過第一啁啾布拉格光柵、第二啁啾布拉格光柵、第三啁啾布拉格光柵與第四啁啾布拉格光柵反射壓縮後輸出，形成輸出脈衝。
2.如權利要求1所述的組合式啁啾脈衝壓縮器，其特徵在於，所述輸入脈衝與所述輸出脈衝同軸。
3.如權利要求1所述的組合式啁啾脈衝壓縮器，其特徵在於，所述啁啾布拉格光柵厚度為 lcm_4cm0
4.如權利要求1所述的組合式啁啾脈衝壓縮器，其特徵在於，所述輸入脈衝的入射角小於60°。
5.如權利要求1所述的組合式啁啾脈衝壓縮器，其特徵在於，所述啁啾布拉格光柵為位相型啁啾布拉格體光柵。
6.如權利要求1所述的組合式啁啾脈衝壓縮器，其特徵在於，所述輸入脈衝的壓縮量與入射角及光柵厚度的關係式為
【文檔編號】H01S3/10GK203688951SQ201320808092
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月10日 優先權日:2013年12月10日
【發明者】袁孝, 封建勝, 張翔, 吳尚, 熊晗 申請人:蘇州大學