[发明专利]紧凑型高能量中波OPCPA光学激光器

说明书

使用领域

本文件涉及一种耐振动、高能量激光脉冲源，其大小紧凑，具有数量减小的组件，并且可在没有损坏或未对准的风险的情况下被移动／运输。其足够坚固使得其可以可靠地在移动平台上使用。

优先权

本申请根据35U.S.C.§119(e)主张2010年12月30日申请的美国临时申请第61／428,362号的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文中。本发明也是2010年7月29日向美国专利和商标局申请的美国专利申请12／846,606的部分接续案，其全部内容以引用的方式并入本文中。

发明背景

啁啾脉冲放大是用于制造含能飞秒激光脉冲的技术。在这个技术中，通过展宽脉冲而减小峰值功率，接着放大脉冲，且最后通过压缩而恢复原始脉冲。展宽／压缩比可高达5000，将50飞秒脉冲展宽至大于2纳秒以用于放大。啁啾脉冲放大技术中的一个难点是脉冲展宽器和压缩器的大小。

可生成皮秒和飞秒激光脉冲的超短脉冲激光器(USPL)需要脉冲展宽器和压缩器。本领域中当前已知的展宽器和压缩器难以建造并且甚至更难以对准。其对振动和微小扰动非常敏感。另外，其一般是定制的，并且没有合适的商用现成(COTS)替代品。

通常使用光学参量放大器(OPA)中的差频发生来完成于近红外线和中波红外线中操作的短脉冲激光器(即，具有约1微米至8微米波长的激光器)的放大。这导致OPA根据Manley-Rowe方程生成输出脉冲和闲频脉冲，Manley-Rowe方程指出用于泵浦OPA的泵浦激光波长的倒数等于信号波长和闲频输出脉冲波长的倒数的总和(1／λ_pump=1／λ_signal+1／λ_idler)。

在过去已实现重新压缩输出脉冲，但用的是大型且复杂的脉冲展宽器和压缩器。典型的脉冲展宽器和压缩器较大，且具有许多敏感组件。典型的脉冲展宽器的体积与展宽量有关。较小的一个脉冲展宽器可约占据5ft³。典型的脉冲展宽器中的对准公差非常小，类似于干涉公差。临界长度一般是亚毫米。较大的总体大小和非常紧密的对准以及临界长度公差的这个组合防止了激光器(包括这样一种典型脉冲展宽器)容忍振动，污染和温度漂移。这类激光(啁啾脉冲放大或CPA)很少有或没有机会被安装至移动车辆。

典型的脉冲压缩器同有典型的脉冲展宽器的这些大小和对准公差限制。在典型的高功率(焦耳每脉冲)啁啾脉冲放大(CPA)激光系统中，展宽器和压缩器组件通常占据系统大小的大部分。配有典型的脉冲展宽器和典型的脉冲压缩器的CPA激光器可具有超过15立方英尺的总体积，其大部分被脉冲展宽器和压缩器占据。具有多于一个展宽器或压缩器的CPA系统可能甚至更大。此外，由于上文提到的亚毫米对准公差，这种CPA系统难以适当对准且在实验室环境之外不保持对准，使其不适合于实际应用，并且在任何种类的场地或移动设定中无法有效使用。

发明概要

本文中讨论的技术和系统的一些变化可涉及一种光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)激光系统，系统包括：种子激光器；泵浦激光器；具有输入侧和输出侧的放大器，其中种子激光器和泵浦激光器安置在放大器的输入侧上；啁啾体布拉格光栅(CVBG)脉冲展宽器，其安置在种子激光器与放大器的输入侧之间；和光栅压缩器，其安置在放大器的输出侧上。

在一些变化中，种子激光器具有小于2.9μm的波长。在其它变化中，脉冲展宽器是4x4x25mm。还有其它变化可包括坚固外壳，其保护系统组件免于由环境因素引起的损坏、未对准和／或故障。在其它变化中，光栅压缩器也是CVBG。

在一些变化中，放大器包括光学参量放大器(OPA)。在其它变化中，放大器被配置来生成信号输出脉冲和闲频输出脉冲。在还有其它变化中，系统可包括安置于放大器的输出侧上且在放大器与光栅压缩器之间的闲频提取模块；和安置在放大器输出侧上的闲频光栅压缩器，使得其接收由闲频提取模块提取的闲频脉冲。在其它变化中，闲频光栅压缩器也是CVBG。

在一些变化中，CVBG光栅压缩器具有与CVBG脉冲展宽器相同的啁啾。在其它变化中，CVBG闲频光栅压缩器具有与CVBG脉冲展宽器相同的啁啾和相同的符号。在其它变化中，放大器包括OPA链，其提供约二十亿倍放大。