专利名称：逆向混合非共轭光栅对马丁内兹型脉冲展宽器－压缩器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于补偿啁啾脉冲放大器中较低材料色散(多通放大器)的逆向混合非共轭光栅对马丁内兹型脉冲展宽器—压缩器系统，属于飞秒激光放大系统中展宽器和压缩器的结构技术。
背景技术：
啁啾脉冲放大系统中的展宽器和压缩器是构成放大系统的核心，它们必须成对使用。展宽器的作用是把振荡器输出的飞秒种子脉冲展宽到皮秒甚至纳秒量级；压缩器的作用是将放大后的高功率展宽脉冲压缩回入射脉冲的宽度。把啁啾放大脉冲压缩回入射脉冲同量级的原则是如果放大器中附加的材料色散不能以其他方式完全补偿的话，就需要设计与其材料色散相匹配的脉冲展宽器和压缩器。因此，啁啾脉冲放大系统中的展宽器和压缩器应该统一设计，以满足整个放大系统的色散补偿条件，最大限度地减小飞秒脉冲的畸变。
通常光栅对压缩器的结构，除了光栅间隔和入射角度外，没有其他随意改变其色散特性的方法。而在展宽器中，为了改变色散的符号，是用光栅对和球面镜组合构成一个“4f系统”。计算证明，球面镜对于非傍轴光线的像差可以转换成色散。这个色散，与压缩器中光栅对的光栅间隔和入射角度的变化一起可以用来补偿放大器中材料色散[1]。但是，目前常用的马丁内兹(Matinez)型展宽器[2]不能适应较小的材料色散(例如多通放大器中的材料色散)，即像差转换成的色散过大。而低像差欧浮纳(Offner)型展宽器[3]又不能适应过大材料色散，即其像差转换成的色散过小。而在压缩器中，都是采用与展宽器中共轭的(完全相同)光栅对进行色散补偿。这是在不考虑放大器中材料色散和展宽器中像差的理想情况必然结果。因此，在实际存在放大器中材料色散和使用球面反射镜展宽器中像差的情况下，必然导致该种展宽器—压缩器系统不可能实现完全的色散补偿。后来有人提出了混合光栅对型的欧浮纳展宽器—压缩器系统[4]，以适用于较多材料色散的再生放大器。该展宽器—压缩器系统的特点是压缩器中的光栅条纹密度要高于展宽器中光栅条纹密度，因此我们称其为正向混合光栅型欧浮纳展宽器—压缩器系统。
Zhigang Zhang et al.，Appl.，Opt.，Vol.36 No.15(1997)3393. O.E.Martinez，IEEE J.Quantum Electron.，Vol.23 No.1(1987)59. G.Cheriaux et al.，Opt.Lett.，Vol.21 No.6(1996)414. J.Squier et al.，Appl.Opt.，Vol.37 No.9(1998)1638.
发明内容
本项发明旨在提供一种补偿啁啾脉冲放大系统中较低材料色散(多通放大器)的逆向混合非共轭光栅对马丁内兹型脉冲展宽器—压缩器系统。
本项发明是通过下述方案加以实现的，逆向混合非共轭光栅对马丁内兹型脉冲展宽器—压缩器系统，所述的马丁内兹展宽器由凹球面反射镜、平面反射镜和光栅组成；所述的压缩器由平面反射镜、内直角形反射镜和光栅组成。其特征在于，展宽器的光栅条纹密度大于压缩器的光栅条纹密度；展宽器中的凹球面反射镜曲率半径位0.9～1.2米，光栅距凹球面反射镜的位置为凹球面反射镜曲率半径的1/3～1/2。
上述的展宽器的光栅条纹密度为1400/mm时，压缩器的光栅条纹密度为120/mm；或展宽器的光栅条纹密度为1200/mm时，压缩器的光栅条纹密度为1100/mm。
本项发明的优点在于，逆向混合非共轭光栅对马丁内兹型展宽器—压缩器系统适用于具有较低材料色散的多通放大器，可有效地补偿放大器中的材料色散，减少飞秒脉冲的畸变。
图1为本发明的结构示意图。
图中1-1为展宽器的凹球面反射镜；1-2为展宽器的光栅；1-3、1-4、1-5、1-6为展宽器的平面反射镜； 2-1为压缩器的光栅；2-2为压缩器的内直角反射镜；2-3、2-4、2-5为压缩器的平面反射镜。
具体实施例方式
逆向混合非共轭光栅对马丁内兹型脉冲展宽器—压缩器结构如附图所示。该展宽器由凹球面反射镜1-1、光栅1-2和平面反射镜1-3、1-4、1-5、1-6构成。展宽器展宽脉冲过程如下入射脉冲经平面反射镜1-6和1-5依次反射后，以一定角度入射到光栅1-2上；经光栅衍射展开的光谱到达凹球面反射镜1-1，并被反射到平面反射镜1-3上；然后被再反射回凹球面反射镜1-1；凹球面反射镜1-1再次将脉冲反射回光栅1-2上进行衍射，并入射到平面反射镜1-4上；平面反射镜1-4将脉冲逆向原路返回，被再次展宽一次，沿入射方向输出。由于平面反射镜1-4在垂直方向稍有倾斜，使入射和出射脉冲在空间上能够分开。
压缩器由光栅2-1、内直角反射镜2-2、平面反射镜2-3、2-4、2-5构成。压缩器压缩脉冲过程如下入射脉冲经平面反射镜2-4反射后，以一定角度入射到光栅2-1上；经光栅衍射展开的光谱到达内直角反射镜2-2，平移后被反射回光栅2-1上再次衍射，并入射到平面反射镜2-3上；平面反射镜2-3将脉冲逆向原路返回，被再次压缩一次后，沿入射方向返回并经由平面反射镜2-5导出。由于平面反射镜2-3在垂直方向稍有倾斜，使入射和出射脉冲在空间上能够分开。在压缩器中使用的光栅条纹密度低于展宽器中所用光栅的条纹密度，即逆向混合非轭的光栅对构成。本实施例中展宽器的光栅的条纹密度为1200/mm，压缩器的光栅条纹密度为1100/mm；展宽器中的凹球面反射镜曲率半径位0.9～1.2米，光栅距凹球面反射镜的位置为凹球面反射镜曲率半径的1/3～1/2。展宽器和压缩器设计在一个机箱内构成一体化的展宽器—压缩器系统。
权利要求
1.一种逆向混合非共轭光栅对马丁内兹型脉冲展宽器一压缩器，所述的马丁内兹展宽器由凹球面反射镜、平面反射镜和光栅组成；所述的压缩器由平面反射镜、内直角形反射镜和光栅组成，其特征在于展宽器的光栅条纹密度大于压缩器的光栅条纹密度；展宽器中的凹球面反射镜曲率半径位0.9～1.2米，光栅距凹球面反射镜的位置为凹球面反射镜曲率半径的1/3～1/2。
2.按权利要求1所述的逆向混合非共轭光栅对马丁内兹型脉冲展宽器—压缩器，其特征在于展宽器的光栅条纹密度为1400/mm时，压缩器的光栅条纹密度为1200/mm；或展宽器的光栅条纹密度为1200/mm时，压缩器的光栅条纹密度为1100/mm。
全文摘要
本发明公开了一种适用于补偿啁啾脉冲放大器中较低材料色散的逆向混合非共轭光栅对马丁内兹型脉冲展宽器－压缩器，属于飞秒激光放大系统中展宽器和压缩器的结构技术。所述的马丁内兹展宽器由凹球面反射镜、平面反射镜和光栅组成；所述的压缩器由平面反射镜、内直角形反射镜和光栅组成，其特征在于，展宽器的光栅条纹密度大于压缩器的光栅条纹密度；展宽器中的凹球面反射镜曲率半径位0.9～1.2米，光栅距凹球面反射镜的位置为凹球面反射镜曲率半径的1/3～1/2。本项发明的优点在于，逆向混合非共轭光栅对马丁内兹型脉冲展宽器－压缩器适用于具有较低材料色散的多通放大器，可有效地补偿放大器中的材料色散，减少飞秒脉冲的畸变。
文档编号G02F1/35GK1595273SQ20041001987
公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月5日 优先权日2004年7月5日
发明者张志刚, 王清月, 柴路, 孙大睿, 刘永军 申请人:天津大学