专利名称：时域双峰脉冲泵浦抑制钛宝石多通放大器寄生振荡的方法
技术领域：
本发明涉及激光放大技术，特别是一种时域双峰脉冲泵浦抑制钛宝石多通放大器寄生振荡的方法。
背景技术：
啁啾脉冲放大(CPA)技术的发明为超短超强激光开辟了新的道路；自1990s后，CPA技术得到了迅速的发展，迄今为止，世界上很多国家建立起了基于钛宝石晶体(TiiSapphire)的拍瓦(PW)量级激光装置；在基于钛宝石的PW激光装置中，为了获得高能量的放大输出，钛宝石的横向尺寸远大于纵向尺寸，因此，在高能泵浦下，钛宝石的横向增益远大于纵向增益。在没有种子光注入时，钛宝石的周边是一个谐振腔体，当横向增益达到一定阈值，就会发生强烈的横向寄生振荡，消耗大量反转粒子数，进而影响种子光的放大。因此对于输出能量达到几十焦耳甚至上百焦耳的PW激光来说，需要大口径钛宝石作为终端放大器和高能激光作为泵浦源，横向寄生振荡则制约着高能CPA技术的进一步发展；横向寄生振荡不仅降低了钛宝石的转换效率，而且劣化光斑质量和放大激光脉冲对比度，这些都对物理实验产生了不利的影响。因此，如何抑制大口径钛宝石放大器的寄生振荡一直是研究闻性能的拍瓦激光的关键。目前，抑制寄生振荡的主要方法是(I)采用折射率接近钛宝石折射率(n=l.76)的匹配液进行包边来降低钛宝石周边Fresnel反射率，从而提高横向寄生振荡的阈值。与此同时，在匹配液中掺杂吸收体(如:碳粉)吸收从侧面透出的自发辐射荧光，从而克服寄生振荡效应。该方法比较好地抑制了钛宝石的寄生振荡。然而，在高能量泵浦，大口径钛宝石激光放大系统中，横向增益会非常高，以至于超过所述的寄生振荡阈值。此时由于匹配液的折射率有限，且随波长变化，因此，该方法也受到了限制。(2)采用双端泵浦钛宝石的方式，降低钛宝石泵浦密度，使得钛宝石内的储能更加均匀，从而减小钛宝石的横向增益。这个方法并不能主动抑制寄生振荡，抑制能力非常有限。钛宝石晶体内的反转粒子数是对泵浦脉冲时域的积分，随着时间增加，上能级粒子数增加。目前所采用的泵浦光的时域分布都是单峰脉冲分布，因此钛宝石晶体内的反转粒子数对时间的敏感性非常高，在多通放大器每程之间的时间间隔内，钛宝石内的反转粒子数一直随着泵浦能量的吸收而增加，横向增益很容易达到寄生振荡的阈值。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有抑制钛宝石寄生振荡的局限性，提供一种时域双峰脉冲泵浦抑制钛宝石多通放大器寄生振荡的方法，该方法既可以有效抑制寄生振荡，又可以提高种子光的放大效率，该方法不仅操作简单、科学有效，而且实用性强。本发明的技术解决方案如下:
一种时域双峰脉冲泵浦抑制钛宝石多通放大器寄生振荡的方法，所述的钛宝石多通放大器包括:527nm泵浦激光器、钛宝石晶体、多通放大器、同步延时触发器和SOOnm激光种子源，其特点在于该方法包括下列步骤:①所述的同步延时触发器触发所述的527nm泵浦激光器产生一个时域双峰分布的527nm泵浦脉冲注入并泵浦多通放大器中的钛宝石晶体；②所述的同步延时触发器经延时At后，触发所述的SOOnm激光种子源产生的SOOnm种子光脉冲并注入所述的多通放大器中的钛宝石晶体；③以527nm双峰泵浦脉冲的前沿时刻作为时间零点，调整所述的同步延时触发器的延时Δ t,使所述的800nm种子光脉冲的峰值时刻tsl位于所述的527nm双峰泵浦脉冲的前峰靠近谷底的后沿时刻tpl时刻；④调整所述的多通放大器中单通的时间间隔δ t，使SOOnm种子光脉冲的第二通脉冲的峰值时刻ts2位于527nm双峰泵浦脉冲的谷底tp2与第二个峰顶tp3时刻之间，并且，使800nm种子光脉冲的最后一通脉冲的峰值时刻tsn彡tp4,其中tp4为单个527nm双峰泵浦脉冲的截止时刻。所述的527nm双峰泵浦脉冲的产生装置包括下列三种:①将所述的527nm激光器输出的激光脉冲经分束镜分为透射光束和反射光束，改变所述的透射光束和反射光束的光程，使得两个光束在时域上首尾相连，从而形成时域双峰分布的527nm双峰泵浦脉冲；或②所述的同步延时触发器触发第一 527nm泵浦激光器与第二 527nm泵浦激光器，使第一 527nm泵浦激光器和第二 527nm泵浦激光器产生的527nm泵浦脉冲在时域上首尾相连，形成时域双峰分布的527nm双峰泵浦脉冲；或③所述的同步延时触发器触发一个1053nm激光器产生一个单峰的1053nm激光脉冲，该1053nm激光脉冲经过普克尔盒整形后产生时域双峰的1053nm双峰激光脉冲，该1053nm双峰激光脉冲经过1053nm激光放大器放大后再经过倍频晶体倍频后产生时域双峰分布的527nm双峰泵浦脉冲。所述的527nm双峰泵浦脉冲的脉冲宽度和能量最好满足以下要求:①527nm双峰泵浦脉冲的后峰的脉宽大于或等于前峰的脉宽；②527nm双峰泵浦脉冲后峰所包含的能量小于或等于前峰所包含的能量。本发明的原理是:种子光被放大时提取钛宝石内的反转粒子数，种子光的放大对寄生振荡的抑制具有重要作用，种子光能量越强，抑制寄生振荡的能力越强。当我们选择在靠近前峰后沿谷底的时刻注入种子光，第二通种子光脉冲注入的时刻根据两个峰之间的时间间隔进行调整，第二通种子光脉冲必须在横向增益没有达到`寄生振荡阈值之前注入。在第一通种子光脉冲和第二通种子光脉冲的时间间隔内，由于泵浦能量比较小，钛宝石内的反转粒子数在这个时间间隔里增长相对缓慢，因此在第二通种子光注入前钛宝石的横向增益比较小，不会发生寄生振荡，避免了现有单峰泵浦脉冲的局限，而且第二通种子光注入的已经经过了第一通钛宝石放大器的放大，能量更强，因此第二通种子光的注入对横向增益的抑制更加明显！此时，泵浦光能量已经开始变弱，因此在接下来的几通种子光放大过程中，钛宝石的横向增益不会超过寄生振荡的阈值。本发明既能保证泵浦光完全被吸收，又能有效抑制寄生振荡的发生。由于钛宝石晶体对泵浦光的吸收，当达到某个时间点时，钛宝石的横向增益会迅速增益，因此采用的双峰脉冲的后峰脉宽大于或等于前峰脉宽以及能量小于或等于前峰脉宽，都是为了减小钛宝石横向增益对时间的敏感性。与先技术相比，本发明具有以下显著的特点:1.利用527nm双峰泵浦脉冲，可以有效抑制钛宝石的寄生振荡，十分简单有效；2.利用时域双峰脉冲的特性，减少了输出能量对延时的敏感性；3.利用时域双峰脉冲的 特性，调整种子光与泵浦光的延时，同时调整多通放大器每一个脉冲之间的时间间隔，可以有效抑制钛宝石的寄生振荡，从而可以提高最终种子光的放大效率。
图1是本发明时域双峰脉冲泵浦抑制钛宝石多通放大器寄生振荡的方法的光路图。图2是利用时域双峰527nm泵浦脉冲泵浦钛宝石晶体以及800nm种子光放大的简图。图3是利用527nm分束镜产生的时域双峰分布的527nm双峰泵浦脉冲泵浦钛宝石的简易光路图。图4是利用同步延时触发器控制两路527nm泵浦激光器之间的延时获得时域双峰分布的527nm双峰泵浦脉冲泵浦钛宝石的简易光路图。图5是利用时域整形器件产生的时域双峰分布的527nm双峰泵浦脉冲的简易光路图。
具体实施例方式请先参阅图1，图1是本发明时域双峰脉冲泵浦抑制钛宝石多通放大器寄生振荡的方法的光路图，本发明是一种时域双峰脉冲泵浦抑制钛宝石多通放大器寄生振荡的方法，所述的钛宝石多通放大器包括:527nm泵浦激光器1、钛宝石晶体2、多通放大器3、同步延时触发器4和SOOnm激光种子源5，该方法包括下列步骤:①所述的同步延时触发器4触发所述的527nm泵浦激光器I产生一个时域双峰分布的527nm泵浦脉冲注入并泵浦多通放大器3中的钛宝石晶体2 ；②所述的同步延时触发器4经延时At后，触发所述的800nm激光种子源5产生的SOOnm种子光脉冲并注入所述的多通放大器3中的钛宝石晶体2 ；③请参阅图2，图2是利用时域双峰527nm泵浦脉冲泵浦钛宝石晶体以及800nm种子光放大的简图；以527nm双峰泵浦脉冲的前沿时刻作为时间零点，调整所述的同步延时触发器4的延时At,使所述的800nm种子光脉冲的峰值时刻tsl位于所述的527nm双峰泵浦脉冲的前峰靠近谷底的后沿时刻tpl时刻；④调整所述的多通放大器3中单通的时间间隔δ t，使SOOnm种子光脉冲的第二通脉冲的峰值时刻ts2位于527nm双峰泵浦脉冲的谷底tp2与第二个峰顶tp3时刻之间，并且，使800nm种子光脉冲的最后一通脉冲的峰值时刻tsn彡tp4,其中tp4为单个527nm双峰泵浦脉冲的截止时刻。所述的527nm双峰泵浦脉冲的产生装置包括下列三种:①请参阅图3，图3是利用527nm分束镜产生的时域双峰分布的527nm双峰泵浦脉冲泵浦钛宝石的简易光路图；将所述的527nm激光器输出的激光脉冲经分束镜6分为透射光束和反射光束，改变所述的透射光束和反射光束的光程，使得两个光束在时域上首尾相连，从而形成时域双峰分布的527nm双峰泵浦脉冲；或②请参阅图4，图4是利用同步延时触发器控制两路527nm泵浦激光器之间的延时获得时域双峰分布的527nm双峰泵浦脉冲泵浦钛宝石的简易光路图；所述的同步延时触发器4触发第一 527nm泵浦激光器8与第二 527nm泵浦激光器9,使第一 527nm泵浦激光器8和第二 527nm泵浦激光器9产生的527nm泵浦脉冲在时域上首尾相连，形成时域双峰分布的527nm双峰泵浦脉冲；或③请参阅图5，图5是利用时域整形器件产生的时域双峰分布的527nm双峰泵浦脉冲的简易光路图；所述的同步延时触发器4触发一个1053nm激光器10产生一个单峰的1053nm激光脉冲，该1053nm激光脉冲经过普克尔盒11整形后产生时域双峰的1053nm双峰激光脉冲，该1053nm双峰激光脉冲经过1053nm激光放大器12放大后再经过倍频晶体13倍频后产生时域双峰分布的527nm双峰泵浦脉冲。所述的527nm双峰泵浦脉冲的脉冲宽度和能量最好满足以下要求:①527nm双峰泵浦脉冲的后峰的脉宽大于或等于前峰的脉宽；②527nm双峰泵浦脉冲后峰所包含的能量小于或等于前峰所包含的能量。采用更宽脉宽的泵浦光，更强的种子光能量注入可以更有效地抑制寄生振荡；延时对寄生振荡的抑制能力一定程度上取决于注入种子光的能量大小。另外，采用时域多峰分布的泵浦脉冲，通过调整延时同样可以抑制钛宝石的寄生振荡。
权利要求
1.一种时域双峰脉冲泵浦抑制钛宝石多通放大器寄生振荡的方法，所述的钛宝石多通放大器包括:527nm泵浦激光器(I )、钛宝石晶体(2)、多通放大器(3)、同步延时触发器(4)和SOOnm激光种子源(5)，其特征在于该方法包括下列步骤: ①所述的同步延时触发器(4)触发所述的527nm泵浦激光器(I)产生一个时域双峰分布的527nm泵浦脉冲注入并泵浦多通放大器(3)中的钛宝石晶体(2)； ②所述的同步延时触发器(4)经延时At后，触发所述的SOOnm激光种子源(5)产生的SOOnm种子光脉冲并注入所述的多通放大器(3)中的钛宝石晶体(2)； ③以527nm双峰泵浦脉冲的前沿时刻作为时间零点，调整所述的同步延时触发器(4)的延时Δ t,使所述的800nm种子光脉冲的峰值时刻tsl位于所述的527nm双峰泵浦脉冲的前峰靠近谷底的后沿时刻tpl时刻； ④调整所述的多通放大器(3)中单通的时间间隔δt，使SOOnm种子光脉冲的第二通脉冲的峰值时刻ts2位于527nm双峰泵浦脉冲的谷底tp2与第二个峰顶tp3时刻之间，并且，使800nm种子光脉冲的最后一通脉冲的峰值时刻tsn ^ tp4,其中tp4为单个527nm双峰泵浦脉冲的截止时刻。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的527nm双峰泵浦脉冲的产生装置包括下列三种: ①将所述的527nm激光器输出的激光脉冲经分束镜(6)分为透射光束和反射光束，改变所述的透射光束和反射光束的光程，使得两个光束在时域上首尾相连，从而形成时域双峰分布的527nm双峰泵浦脉冲； 或②所述的同步延时触发器(4)触发第一 527nm泵浦激光器(8)与第二 527nm泵浦激光器(9 )，使第一 527nm泵浦激光器(8 )和第二 527nm泵浦激光器(9 )产生的527nm泵浦脉冲在时域上首尾相连，形成时域双峰分布的527nm双峰泵浦脉冲； 或③所述的同步延时触发器(4)触发一个1053nm激光器(10)产生一个单峰的1053nm激光脉冲，该1053nm激光脉冲经过普克尔盒(11)整形后产生时域双峰的1053nm双峰激光脉冲，该1053nm双峰激光脉冲经过1053nm激光放大器(12)放大后再经过倍频晶体(13)倍频后产生时域双峰分布的527nm双峰泵浦脉冲。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的527nm双峰泵浦脉冲的脉冲宽度和能量最好满足以下 要求: ①527nm双峰泵浦脉冲的后峰的脉宽大于或等于前峰的脉宽； ②527nm双峰泵浦脉冲后峰所包含的能量小于或等于前峰所包含的能量。
全文摘要
一种时域双峰脉冲泵浦抑制钛宝石多通放大器寄生振荡的方法，该方法利用了时域双峰泵浦脉冲的特性,调整种子光的延时以及多通放大器中单通时间间隔放大800nm种子光，使得钛宝石晶体在整个放大过程中的横向增益保持在一个很低的水平上，有效地抑制了钛宝石晶体中的寄生振荡，提高了种子光的放大效率。本发明具有调节方便、简单高效，实用性强的特点。
文档编号G02F1/39GK103151698SQ20131004386
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月4日 优先权日2013年2月4日
发明者储玉喜, 梁晓燕, 於亮红, 李儒新, 徐至展 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所