对向压缩啁啾脉冲放大激光系统的制作方法

本发明涉及激光领域，特别涉及一种啁啾脉冲放大激光系统，其主要适用于高能量高功率超短超强激光系统的性能提升。

背景技术：

目前，高能量高功率超短超强激光是国际上激光技术研究的重点和热点。1985年啁啾脉冲放大技术的诞生使得人类所能获得的激光功率和功率密度突破了GW(10⁹W)和10¹⁵W/cm²，并在随后的30年内该技术使得激光功率和功率密度快速突破TW(10¹²W)和10¹⁸W/cm²,以及PW(10¹⁵W)和10²⁰W/cm²。该激光技术的发展极大地促进了基础物理的研究，为人类探索物质本原、宇宙未知和能源问题等创造了前所未有的条件。因此，当前国内外在研和在建的高能量高功率超短超强激光装置众多：诸如美国的国家点火装置(NIF)，Omega EP装置和Texas Petawatt装置，日本的LFEX装置，欧盟的ELI项目，韩国的APRI装置，中国科学院上海光学精密机械研究所的数拍瓦装置和神光拍瓦装置。借力于啁啾脉冲放大技术30年的发展，以上大型激光装置部分已经突破了单束2PW大关，但距离100PW乃至EW(10¹⁸W)目标尚存在极大的差距。究其原因，核心在于脉冲压缩器的瓶颈问题。如图1所示，啁啾脉冲放大技术的原理是：种子源(1’)输出短脉冲经展宽器(2’)时域展宽，再利用放大器(3’)进行功率或能量放大，因此有效地避免了损伤和非线性效应，而后利用光栅压缩器(4’)进行时域压缩还原短脉冲而获得高功率，最后利用聚焦镜(5’)聚焦获得高功率密度。(详细参见文献Donna Strickland,Gerard Mourou."compression of amplified chirped optical pulses"Optics Communications,1985年，56卷，第3期，219-221页)。可见，该技术将功率提升的瓶颈由放大器移到了光栅压缩器，由于光栅压缩器要承受极高的激光功率，因此很容易产生元件破坏。这也是目前上述大型装置很难提升激光性能的核心原因。截至目前，上述激光装置的光栅压缩器处，光束口径达到亚米量级，元件口径达到米量级。对于获得更高功率的激光，无限地增大光束口径和元件口径显然已经不再现实。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提出了一种对向压缩啁啾脉冲放大激光系统。本发明的系统实现了光栅压缩器的双向分时二次利用，突破了光栅压缩器承载能力的限制，避免了非线性效应，具有相同的色散压缩量，可实现啁啾脉冲放大激光系统输出能力的倍增。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种对向压缩啁啾脉冲放大激光系统，该系统包括种子源、展宽器、放大器、压缩器和聚焦镜，其特点在于，所述的压缩器为对向压缩器，该对向压缩器包括光栅压缩器、第一偏振分光片、第二偏振分光片、第一偏振转换器、第二偏振转换器、延时器、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜和第五反射镜构成；上述元部件的位置关系如下：

所述的种子源输出的短脉冲激光经展宽器展宽、放大器放大，进入所述的对向压缩器后，由第一偏振分光片分为透射的p偏振光束和反射的s偏振光束：

所述的p偏振光束经第一偏振转换器变为s偏振光，经第一反射镜反射进入光栅压缩器压缩，经第二偏振分光片反射进入延时器延时，经第二反射镜反射进入所述的聚焦镜并聚焦至靶点，所述的延时器与第一偏振转换器匹配实现空间高度回归；

所述的s偏振光束经第三反射镜、第四反射镜反射进入第二偏振转换器变为p偏振光，再经第二偏振分光片透射进入所述的光栅压缩器压缩，经第一反射镜反射进入第一偏振转换器变为s偏振光，经第一偏振分光片反射，经第五反射镜反射进入聚焦镜并聚焦至靶点，第一偏振转换器与第二偏振转换器匹配实现空间高度回归；

所述的p偏振光和所述的s偏振光在压缩前各自仅经历一次透射，在压缩后仅经历反射，延时器使得两束光同时到达聚焦靶点。

本发明的技术效果如下：

本发明对向压缩啁啾脉冲放大激光系统，在对向压缩器中，激光基于偏振态被第一偏振分光片分为p偏振光束和s偏振光束，两束光沿相反的方向对向经过光栅压缩器，实现了光栅压缩器的双向二次利用；

在对向压缩器中，激光基于偏振态被第一偏振分光片分为p偏振光束和s偏振光束，两束光以不同时刻经历光栅压缩器的每块光栅，避免了时空叠加导致的光栅破坏；

在对向压缩器中，所述的p偏振光束和s偏振光束在压缩前各自仅经历一次透射，压缩后仅经历反射，避免了非线性效应；

所述的p偏振光束和s偏振光束在光栅压缩器中具有相同的光路，因此具有相同的色散压缩量；

光栅压缩器的双向分时二次利用，突破了光栅压缩器承载能力的限制，实现了啁啾脉冲放大激光系统输出能力的倍增。

基于上述技术方案，本发明的对向压缩啁啾脉冲放大激光系统与现有技术相比具有如下技术有点：

本发明实现了光栅压缩器的双向分时二次利用，突破了光栅压缩器承载能力的限制，避免了非线性效应，具有相同的色散压缩量，可实现啁啾脉冲放大激光系统输出能力的倍增。

附图说明

图1是已有啁啾脉冲放大激光系统示意图。

图2是本发明对向压缩啁啾脉冲放大激光系统示意图。

图3是偏振转换器示意图。

图4是延时器示意图。

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明的对向压缩啁啾脉冲放大激光系统作进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解本发明的结构组成情况和工作流程，但不能以此来限制本发明专利的保护范围。

图2是本发明对向压缩啁啾脉冲放大激光系统示意图，由图可见，本发明对向压缩啁啾脉冲放大激光系统包括种子源1、展宽器2、放大器3、对向压缩器4和聚焦镜5，所述的对向压缩器4包括光栅压缩器9、第一偏振分光片6、第二偏振分光片10、第一偏振转换器7、第二偏振转换器15、延时器11和第一反射镜8、第二反射镜12、第三反射镜13、第四反射镜14和第五反射镜16。如图3所述的偏振转换器是由两个入射面相互垂直的反射镜构成，分别为反射镜m1和反射镜m2，入射p偏振光经偏振转换器输出为s偏振光，传输方向发生90度旋转，传输高度出现空间落差。如图4所述的延时器是由三个反射镜构成，分别为反射镜M1、反射镜M2和反射镜M3，可以实现空间落差补偿，入射光和出射光平行且传输方向相反，则沿入射光和出射光传输方向整体平移可以实现延时调节。

在上述对向压缩啁啾脉冲放大激光系统中，种子源1输出的短脉冲激光经展宽器2展宽、放大器3放大，进入对向压缩器4后由第一偏振分光片6分为透射的p偏振光束和反射的s偏振光束：

所述的p偏振光束经第一偏振转换器7变为s偏振光，经第一反射镜8反射进入光栅压缩器9压缩，经第二偏振分光片10反射进入延时器11延时，经第二反射镜12反射进入聚焦镜5并聚焦至靶点，所述的延时器11与第一偏振转换器7匹配实现空间高度回归；

所述的s偏振光束经第三反射镜13、第四反射镜14反射进入第二偏振转换器15变为p偏振光，经第二偏振分光片10透射进入光栅压缩器9压缩，经第一反射镜8反射进入第一偏振转换器7变为s偏振光，经第一偏振分光片6反射，第五反射镜16反射进入聚焦镜5并聚焦至靶点，第一偏振转换器7与第二偏振转换器15匹配实现空间高度回归；

所述的p偏振光和所述的s偏振光在压缩前各自仅经历一次透射，在压缩后仅经历反射。

压缩前激光脉宽宽、功率低，压缩后激光脉宽窄、功率高，因此有效地避免了透射过程中的非线性效应。

所述的延时器11用于调节两束光到达聚焦靶点的时间差。所述的P偏振光经历的路径中第一偏振转换器7与延时器11匹配实现光束空间高度回归；所述的s偏振光经历的路径中第一偏振转换器7与第二偏振转换器15匹配实现光束空间高度回归。

实验表明，与在先技术相比，本发明实现了光栅压缩器的双向分时二次利用，突破了光栅压缩器承载能力的限制，避免了非线性效应，具有相同的色散压缩量，可实现啁啾脉冲放大激光系统输出能力的倍增。