[发明专利]多通脉冲压缩器及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种多通脉冲压缩器及其使用方法，它可以实现对啁啾超短脉冲的压缩，获得更短脉冲宽度的激光脉冲输出，属于超短脉冲激光技术领域。

背景技术

超短脉冲激光具有峰值功率高和脉冲宽度窄等优点，因此在基础科学研究、国防尖端技术、医学和生命科学以及微纳加工等领域有着广泛的应用。

通常，超短脉冲激光器直接输出的超短脉冲含有一定的正啁啾，为了获得更短脉冲宽度，即更高峰值功率的脉冲，需要对脉冲的正啁啾进行补偿。而对脉冲引入额外的负色散能够带来负啁啾，进而补偿直接输出脉冲的正啁啾。腔外脉冲压缩器即是利用上述原理，在压缩器内对脉冲引入一定量的负色散带来的负啁啾，从而对脉冲进行压缩。传统的腔外压缩技术有棱镜对、光栅对以及色散镜压缩技术。棱镜对技术虽然能量损耗较低，但是为获得较大的负色散量的补偿时，两个棱镜的间距通常很大，甚至达到了8m。而光栅对技术虽然能够在较小的间距下提供较大的负色散补偿量，但是由于光栅负1级的单次衍射效率通常只能达到90％，即使采用高效率透射型光栅，理论上单次衍射效率也只能达到97％，因而在往返经过光栅对装置后，其能量损耗很大(0.97⁴×100％＝88.53％)。此外，棱镜对和光栅对技术都会引入空间色散，改变脉冲的光束形状，因而需要一个光路爬高器将光束严格从原始光路的正上方反射回棱镜对或者光栅对，以便提取压缩后的脉冲，这就增加了光路调整的复杂性。色散镜压缩技术是更为完善的压缩技术，它利用专门设计的多层膜系对脉冲进行负色散补偿以实现脉冲压缩，并且这种设计能够实现非常高的反射率。2008年出现了一种新型的高色散补偿镜(high-dispersive mirrors)，其单次反射的色散补偿在800nm处达到了-1300fs²，780～820nmn的平均反射率达到了99.95％，而在1030nm附件波段达到了-2500fs²，平均反射率达到了99.99％。另外，色散镜补偿技术并不引入空间色散，能够针对特定的脉冲啁啾情况采取灵活的设计，同时补偿低阶和高阶色散，并可以通过多次反射提供较大色散量的补偿，是一种非常理想的补偿技术。但是，传统的色散镜补偿技术通常在平面镜片基底上制作色散补偿膜系，在多次反射后，光斑通常变的很大，需要额外增加缩束元件，带来了额外的能量损耗，增加了系统的元件数量和复杂性，并且不易方便调节。

有关涉及到本发明技术的文献和报道如下：

[1]D.Herriott，H.Kogelnik，and R.Kompfner，“Off-Axis Paths in Spherical Mirror Interferometers，”Appl.Opt.3，523-526(1964)“球面镜干涉仪中的离轴光路”应用光学3，523-526(1964)

[2]A.Fernandez，A.Verhoef，V.Pervak，G.Lermann，F.Krausz and A.Apolonski，“Generation of 60-nJ sub-40-fs pulses at 70MHz repetition rate from a Ti：sapphire chirped pulse-oscillator，”Appl.Phys.B 87，395-398(2007)“以钛宝石啁啾脉冲振荡器产生70MHz重复频率的60nJ、亚40fs脉冲”应用物理B 87，395-398(2007)

[3]E.B.Treacy，″Optical Pulse Compression with Diffraction Gratings，″IEEE J.Quantum Electron.QE-5，454-458(1969)“利用衍射光栅对光学脉冲的压缩”量子电子学报QE-5，454-458(1969)

[4]T.Clausnitzer，J.Limpert，K.Zoellner，H.Zellmer，H-J.Fuchs，E-B.Kley，A.Tuennermann，M.Jupe，and D.Ristau，“Highly efficient transmission gratings in fused silica for chirped-pulse amplification systems，”Appl.Opt.42，6934-6938(2003)“为啁啾脉冲放大系统设计的高效率透射熔融石英光栅”应用光学42，6934-6938(2003)