大啁啾量激光环形光栅压缩器的制作方法

本发明涉及超短超强激光，特别是一种大啁啾量激光环形光栅压缩器。该环形光栅压缩器具有结构紧凑、稳定、调节方便、光栅尺寸需求相对较小等优点。

背景技术：

啁啾脉冲放大技术是目前获取超短超强激光脉冲的经典技术，它首先利用脉冲展宽器对飞秒种子脉冲引入一定的啁啾量，使脉冲展宽，再通过放大后，利用压缩器引入与展宽器相反的啁啾量，使脉冲宽度复原。经过展宽后，脉冲的峰值功率被大大降低，在随后的放大过程中啁啾激光脉冲可以得到充分放大而不会过早产生非线性效应和放大饱和效应。基于啁啾脉冲放大技术，国内外科研人员已经获得了峰值功率达到数拍瓦(10¹⁵w)的激光脉冲，极大促进了基础物理的研究和应用，为前沿物理创造了前所未有的极端条件。

为了把激光脉冲放大到更高的能量，同时避免放大过程中的晶体损伤，需要对种子脉冲引入更大的啁啾量，展宽后的脉冲宽度达到10纳秒甚至更宽，经过放大后脉冲能量可以达到上千焦耳。因此，对这样的脉冲进行时域压缩，光栅压缩器要承受很强的峰值功率。为了避免光栅破坏，进入压缩器的光束口径要增大到0.5米左右，光栅长度也相应地增大到4米左右。美国的利弗莫尔实验室能够制备世界上最大的米级光栅(960毫米)，如果采用传统的压缩器构型，大啁啾量激光压缩器的光栅需要用4块米级光栅拼接而成，这种压缩器价格昂贵，拼接难度太大，而且也不稳定。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种大啁啾量激光脉冲环形压缩器。本发明具有结构紧凑稳定，调节方便，光栅尺寸需求相对较小等优点。

为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：

一种大啁啾量激光环形光栅压缩器，其特点在于，包括由相互平行的第一光栅和第二光栅构成的第一光栅对，由相互平行的第三光栅和第四光栅构成的第二光栅对，由相互平行的第五光栅和第六光栅构成的第三光栅对，由相互平行的第七光栅和第八光栅构成的第四光栅对，所述的第二光栅对是所述的第一光栅对的镜像，所述的第四光栅对是所述的第三光栅对的镜像，还包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜和第八反射镜；

所述的第一反射镜位于最初入射光束横截面一半的位置，最初入射光经第一反射镜被平均分束为第一入射光和第二入射光；

所述的第二入射光依次经所述的第二反射镜反射进入所述的第一光栅对产生空间啁啾，经所述的第三反射镜和第四反射镜反射进入所述的第三光栅对和第四光栅对，经第三光栅对和第四光栅对压缩后的光束，经所述的第五反射镜和第六反射镜反射，进入所述的第二光栅对补偿空间啁啾，经所述的第七反射镜和第八反射镜反射，沿第一入射光的反方向出射；

所述的第一入射光依次经所述的第八反射镜和第七反射镜反射，进入所述的第二光栅对引入空间啁啾，经所述的第六反射镜和第五反射镜反射，进入所述的第四光栅对和第三光栅对压缩，经所述的第四反射镜和第三反射镜反射，进入所述的第一光栅对补偿空间啁啾，经所述的第二反射镜反射，沿所述的第二入射光的反方向出射。

所述的入射光需要在水平上具有一定的角度(大于0.5°，小于5°)，这样使入射光进入压缩器和出射光离开压缩器的路径不同，更方便将出射光导出压缩器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明大啁啾量激光环形光栅压缩器实现了光栅压缩器的环形分时二次利用，利用第一光栅和第二光栅对引入空间啁啾，有效地减小了第三光栅对和第四光栅对所需的光栅尺寸，环形压缩器的两个方向具有相同的压缩色散量，可实现大啁啾量超强激光的脉冲压缩。

附图说明

图1为传统的光栅压缩器示意图。

图2为本发明大啁啾量激光环形光栅压缩器示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明的大啁啾量激光环形光栅压缩器作进一步的详细阐述，以求更为清楚地理解本发明的结构组成情况，但不能以此来限制本发明专利的保护范围。

请参阅图2，图2为本发明大啁啾量激光环形光栅压缩器实施例的结构示意图，由图可见，本发明大啁啾量激光环形光栅压缩器，包括由相互平行的第一光栅3和第二光栅4构成的第一光栅对001，由相互平行的第三光栅14和第四光栅13构成的第二光栅对002，由相互平行的第五光栅7和第六光栅8构成的第三光栅对003，由相互平行的第七光栅9和第八光栅10构成的第四光栅对004，所述的第二光栅对002是所述的第一光栅对001的镜像，所述的第四光栅对004是所述的第三光栅对003的镜像，还包括第一反射镜1、第二反射镜2、第三反射镜5、第四反射镜6、第五反射镜11、第六反射镜12、第七反射镜15和第八反射镜16；

所述的第一反射镜1位于最初入射光束横截面一半的位置，最初入射光经第一反射镜1被平均分束为第一入射光01和第二入射光02；

所述的第二入射光02依次经所述的第二反射镜2反射进入所述的第一光栅对001产生空间啁啾，经所述的第三反射镜5和第四反射镜6反射进入所述的第三光栅对003和第四光栅对004，经第三光栅对003和第四光栅对004压缩后的光束，经所述的第五反射镜11和第六反射镜12反射，进入所述的第二光栅对002补偿空间啁啾，经所述的第七反射镜15和第八反射镜16反射，沿第一入射光01的反方向出射；

所述的第一入射光01依次经所述的第八反射镜16和第七反射镜15反射，进入所述的第二光栅对002引入空间啁啾，经所述的第六反射镜12和第五反射镜11反射，进入所述的第四光栅对004和第三光栅对003压缩，经所述的第四反射镜6和第三反射镜5反射，进入所述的第一光栅对001补偿空间啁啾，经所述的第二反射镜2反射，沿所述的第二入射光02的反方向出射。

所述的所有反射镜都采用镀45°全反射介质膜的光学平面镜，反射率大于99.5％。

本发明大啁啾量激光环形光栅压缩器实施例的工作过程如下：

在啁啾放大级中完成能量放大的啁啾长脉冲(光斑大小40cm*40cm，1053nm中心波长，20nm光谱宽度，10ns脉冲宽度)按照设定的方向入射至光栅压缩器。光线入射角为72°，在水平方向上有小于5°的仰角。

该入射的激光脉冲被第一反射镜1分为20cm*40cm的左右两部分：第一入射光01、第二入射光02。其中第二光束02经第二反射镜2后沿逆时针方向进入光栅压缩器，另一部分经第八反射镜16和第七反射镜15后沿顺时针进入光栅压缩器。

第二入射光02逆时针行进的光脉冲经所述的第二反射镜2反射，进入所述的第一光栅对001，不同波长的光经过的光程不同，长波分量光程长，短波分量光程短。图2中实线表示光谱中最长波长分量，虚线表示光谱中最短分量。光脉冲经第一光栅对001后引入空间啁啾，经第三反射镜5和第四反射镜6后进入第三光栅对003，长波分量和短波分量发生交叉，有效减小了第六光栅8的横向尺寸，经第四光栅对004压缩，经所述的第五反射镜11和第六反射镜12反射，进入所述的第二光栅对002补偿空间啁啾，经所述的第七反射镜15和第八反射镜16反射，沿第一入射光01的反方向出射，最终完成脉冲的啁啾压缩。

第一入射光01顺时针行进的光脉冲经所述的第八反射镜16和第七反射镜15反射，进入所述的第二光栅002对引入空间啁啾，经所述的第六反射镜12和第五反射镜11反射，进入所述的第四光栅对004和第三光栅对003压缩，经所述的第四反射镜6和第三反射镜5反射，进入所述的第一光栅对001补偿空间啁啾，经所述的第二反射镜2反射，沿第二入射光02的反方向出射，最终完成啁啾脉冲压缩。

两部分的光脉冲合在一起，由于在竖直方向上有1°的仰角存在，出射光与入射光在竖直方向上分离。顺时针和逆时针方向行进的光脉冲相同波长分量光程相同，在时间上同步。

本发明大啁啾量激光环形光栅压缩器主要应用于大啁啾量激光脉冲的压缩。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体描述和显示了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。