[发明专利]基于啁啾脉冲放大生成激光脉冲

说明书

相关申请的交叉引用

此PCT专利申请要求于2010年9月13日提交的美国专利申请No.12/881,146的优先权。前面提到的专利申请的全部内容通过引用作为此申请公开的一部分被并入。

技术领域

此文件涉及激光脉冲的生成和控制，包括光学脉冲放大器和脉冲激光器。

背景技术

脉冲长度小于1-10皮秒的超短脉冲（USP）激光器对于宽范围的应用（诸如材料处理、光学感测、光学消融、包括眼科学的精准外科手术、生物医学、非线性研究和分光镜）有吸引力。在这些应用及其它应用的一些应用中，可能要求激光脉冲具有充足的脉冲能量。

高能量激光脉冲可以通过放大由种子激光器生成的激光脉冲来生成。各种光学放大器被设计成通过以与待被放大的光的相同波长提供光学增益来放大光，使得光在通过光学放大器的光学增益介质传送之后，其功率或能量被放大，并且放大的光与放大之前的原始光的波长相同。光学放大器的光学增益可以基于量子井和其它增益机制通过从光学上激励光学增益介质（诸如掺杂钕（Nd）或镱（Yb）的光纤放大器）的泵浦光获得，或者通过电激发的增益介质（诸如半导体光学放大器）获得。

发明内容

此文件描述了基于啁啾脉冲放大产生短激光脉冲的技术和装置。

在一方面，提供了一种用于放大激光脉冲的方法，该方法包括：操作输入光学放大器，以便放大输入激光脉冲，从而产生频率上具有线性啁啾并且被展宽为具有比每个输入激光脉冲的脉冲持续时间长的脉冲持续时间的激光脉冲；操作初级光学放大器下游的光学脉冲展宽器，以进一步展宽激光脉冲的持续时间，从而产生每个激光脉冲中都具有降低的峰值功率的展宽激光脉冲；将展宽的激光脉冲引导到光学放大器中，以放大展宽的激光脉冲，从而产生放大的展宽激光脉冲；和压缩每一个放大的展宽激光脉冲的脉冲持续时间，以产生具有高峰值功率的放大和压缩的输出激光脉冲。

在另一方面，提供了一种脉冲激光装置，该脉冲激光装置包括：脉冲种子激光器，其产生输入激光脉冲；初级光学放大器，其接收输入激光脉冲，以放大接收的输入激光脉冲，从而产生频率上具有线性啁啾并且具有比每个输入激光脉冲的脉冲持续时间长的脉冲持续时间的激光脉冲；光学脉冲展宽器，其被定位在所述初级光学放大器的下游，以进一步展宽激光脉冲的持续时间，从而产生具有降低的峰值功率的展宽激光脉冲；光学放大器，其进一步放大展宽的激光脉冲，从而产生放大的展宽激光脉冲；和脉冲压缩器，其压缩所述放大的展宽激光脉冲中的每个脉冲的脉冲持续时间，以产生具有高峰值功率的放大和压缩的输出激光脉冲。

在另一方面，提供了一种脉冲激光装置，该脉冲激光装置包括：脉冲种子激光器，其产生输入激光脉冲；光学脉冲展宽器，其被定位在所述种子激光器的下游，以展宽源于所述输入激光脉冲的激光脉冲的持续时间，从而产生具有降低的峰值功率的展宽激光脉冲；光学放大器，其被定位在所述光学脉冲展宽器的下游，以接收展宽的激光脉冲并放大展宽的激光脉冲，从而产生放大的展宽激光脉冲；脉冲压缩器，其被定位在所述光学放大器的下游，并压缩每个接收的激光脉冲的脉冲持续时间，从而产生具有高峰值功率的压缩激光脉冲；和脉冲拾取装置，其被定位在所述光学脉冲展宽器和所述脉冲压缩器之间，并降低接收的激光脉冲的脉冲重复率，所述脉冲拾取装置包括：声-光调制器和棱镜，所述声-光调制器接收输入光，以产生沿与所述输入光的方向不同的方向的衍射光束，所述棱镜被定位成接收所述衍射光束，以产生输出光。

在另一方面，提供了一种用于放大激光脉冲的方法，该方法包括：操作抛物线光学放大器，以便放大输入脉冲重复率的输入激光脉冲，从而产生具有抛物线脉冲和光谱形状并且被展宽为具有比每个输入激光脉冲的脉冲持续时间长的脉冲持续时间的抛物线激光脉冲；操作抛物线光学放大器下游的光学脉冲展宽器，以进一步展宽抛物线激光脉冲的持续时间，从而产生具有降低的峰值功率的展宽的抛物线激光脉冲；将展宽的抛物线激光脉冲引导到第一光学放大器中，以放大展宽的抛物线激光脉冲，从而产生第一放大的展宽激光脉冲；将所述第一放大的展宽激光脉冲引导到第二光学放大器中，以便进一步放大第一放大的展宽激光脉冲，从而产生第二放大的展宽激光脉冲；以及压缩第二放大的展宽激光脉冲中的每一个脉冲的脉冲持续时间，以产生具有高峰值功率的放大和压缩的输出激光脉冲。