[发明专利]双注入OPCPA相干组束超高功率激光系统有效

专利信息
申请号: 201410829187.6 申请日: 2014-12-22
公开(公告)号: CN105790061B 公开(公告)日: 2019-06-18
发明(设计)人: 李儒新;梁晓燕;彭纯;於亮红 申请(专利权)人: 中国科学院上海光学精密机械研究所
主分类号: H01S3/10 分类号: H01S3/10;G02F1/39
代理公司: 上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 31317 代理人: 张宁展
地址: 201800 上海市*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 注入 opcpa 相干 超高 功率 激光 系统
【说明书】:

一种双注入式OPCPA相干组束超高功率激光系统,该系统将相干组束方法与双注入式OPCPA混合式超高功率飞秒激光系统相结合,最终实现数PW乃至EW级的超高功率激光输出。本发明该系统利用了OPCPA单程增益高和无热效应等优点,使不同光束经过相同光路,大大降低了OPCPA放大中相位变化不确定性的影响和控制不同光束间同步性的难度,可以提高超高功率激光系统的相干合束效果,实现更高能量激光输出。

技术领域

本发明涉及飞秒激光系统,特别是一种双注入OPCPA相干组束超高功率激光系统。

背景技术

近几十年来,超短超强激光器不断发展,其峰值功率达到拍瓦(1015W)量级,聚焦峰值功率能够达到1021W/cm2-1023W/cm2。超短超强激光器为众多学科领域提供了前所未有的实验手段和极端物理条件,在超强场激光物质相互作用的实验中得到广泛应用,例如超快X射线辐射、高次谐波的产生、激光尾波场粒子加速和快点火激光核聚变等。对于绝大多数超强场激光物质相互作用实验来说,起决定作用的是激光聚焦后焦点处的峰值功率密度。因此如何提高激光器的峰值功率密度是高功率激光领域的研究焦点。

然而受到激光介质和压缩光栅等关键器件的工作口径的限制,传统的利用提高单束激光能量的方法已难满足能量密度大幅提高的要求,因此多束激光相干叠加是未来提高峰值功率密度的有效途径。峰值功率的大幅度提高(>1025W/cm2)将为基础量子电动力学提供理论和实验验证条件,例如,真空偏振效应、真空中正负电子对的产生等。相干光束叠加技术将为峰值功率的进一步提高(>1025W/cm2)提供更可行的方法。将现有的CPA-OPCPA或全OPCPA超高功率激光系统与相干组束技术相结合无疑是大幅度提高激光功率的有效方法。传统的相干合束方法是将分束后的脉冲分别放大压缩(经过不同的放大过程和压缩器),再进行聚焦合束,但是相干合束法对单光束的光束质量和光束间的同步性要求极高,传统相干合束法对超高功率激光系统的光束质量控制带来极高的难度。

例如俄罗斯激光物理所实现的小能量OPCPA激光系统的相干组束试验(见图4),获得了迄今为止最短的相干合成脉冲,输出能量为50μJ,脉冲宽度为49fs,频率为10Hz,合成效率为97%。其实验方法是将飞秒振荡器1’产生75MHz脉冲,经过展宽器2’展宽,AOPDF3’预补偿和电光调制器4’选频,经分束镜5’分为两束光。第一光束经过非线性晶体6’放大,再经压缩器7’压缩后进入聚焦透镜11’;第二光束经过非线性晶体9’放大,经压缩器10’压缩后进入聚焦透镜11’。通过时间控制系统8’调节两路光束间的延时,通过调节色散补偿器件12’补偿光栅差异造成的色散差异,使得两束激光同时聚焦在焦点上发生相干叠加。13’为双光束时间抖动测量系统,将测得的时间误差信号传递给延时调节器件8’对延时进行调节。但是由于该实验方法采用两个非线性晶体放大、两个压缩器压缩,引入了较大的光束间光学性能差异,增加了超高功率低重复频率拍瓦激光系统的相干合束难度,如何减小光束间的差异成为超高功率飞秒激光相干叠加的关键技术。

发明内容

本发明的目的是提出一种双注入OPCPA相干组束超高功率激光系统。该系统提出了双注入式的激光放大和压缩方法,形成了双注入式相干组束模式。该系统利用了OPCPA单程增益高和无热效应等优点,使不同光束经过相同光路,大大降低了OPCPA放大中相位变化不确定性的影响和控制不同光束间同步性的难度,可以提高超高功率激光系统的相干合束效果,实现更高能量激光输出。

本发明的技术解决方案如下:

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