[发明专利]宽带激光系统色差动态补偿装置

说明书

本发明公开了一种宽带激光系统色差动态补偿装置，包含第一半波片、偏振分光镜、第一四分之一波片、凸透镜、凹透镜组、凹面反射镜、第一二维平移台、第二二维平移台、第二四分之一波片、平面反射镜、第二半波片。本发明采取像传递结构设计，并通过空间滤波小孔滤波，能够明显改善输出光束质量。该装置通过移动二维平移台可以控制凹透镜组、凹面反射镜与凸透镜之间的相对距离，能够逐渐改变入射到凹透镜组上的光束口径，从而起到连续控制色差补偿量的作用，有利于精确优化色差补偿效果。本发明装置可以作为色差补偿单元应用于超短脉冲激光系统，提供全系统的色差补偿，亦可用于普通光学系统，色差补偿范围较大。

技术领域

本发明涉及宽带激光系统的一种色差补偿装置，特别是一种高功率飞秒超短脉冲激光系统色差动态补偿装置。

背景技术

为了发展聚变能源技术，科学家们研制了高功率激光装置，用于中心点火和快点火等技术方案的研究。在高功率超短脉冲激光装置中，为了避免功率密度过大造成光学元件损伤，需要将激光脉冲逐级扩束、放大。通常，高功率激光系统采用大口径的空间滤波器结构，一方面实现光束口径逐级扩束，另一方面滤除高频光谱噪声并有效实现像传递，提高光束质量。传统窄带脉冲激光系统的空间滤波器通常采用开普勒结构，即前后两块正透镜共焦排列组成，在共焦平面上设有空间滤波小孔。由于透镜系统的材料色散，宽带激光脉冲在经过空间滤波器透镜时不可避免地产生色差，导致不同波长激光出射角度不同，当会聚到焦平面时不同波长有着不同的焦距，产生离焦色散(轴向色差)，入射光带宽越大，色差越大。另一方面，由于透镜中心厚，边缘薄，经过透镜不同径向位置的激光脉冲有着不同的脉冲时间延迟(PTD)。对于脉宽在皮秒及飞秒量级的宽带激光系统来说，色差的影响举足轻重。高功率超短脉冲激光系统的最大光束口径通常可达几十厘米，当宽带激光经过空间滤波系统逐级扩束后，色差量逐级累积，倘若不经过补偿，全系统累积的色差将使激光终端聚焦性能产生严重的时空畸变：使聚焦光斑口径变大，峰值功率密度降低；脉冲时域脉宽变宽，信噪比降低。

目前，高功率超短脉冲激光系统中消除色差的手段主要包括利用消色差透镜替代单透镜、采用全发射式空间滤波器替代透射式滤波器、添加色差补偿单元进行预补偿等技术手段。利用两块不同材料组成消色差透镜组取代单透镜是消除色差的传统手段，消色差透镜组通常由两片由不同材料制成的正负透镜贴合而成，能够在保证透镜焦距的情况下消除离焦色散；利用全反射扩束系统取代透射式扩束系统在理论上能够完全规避PTD和离焦色散的产生。消色差透镜组和全反射系统尽管能够有效抑制系统色差，但在实际使用中有一些局限。例如，大口径消色差透镜材料加工困难，成本昂贵；全发射系统受光路折叠和真空传输的限制，难以在压缩室内安装。

添加色差补偿单元进行预补偿是高功率超短脉冲激光系统主要的色差补偿手段。预补偿单元其中包括基于衍射元件的色差补偿单元和基于投射元件的补偿单元。基于衍射元件的色差补偿单元能够提供较大的色差补偿量，但光束质量明显降低；而利用透射元件补偿色差尽管光束质量较好，但受限于材料和加工工艺，难以提供较大的色差补偿量。因此，如何设计能够兼顾大的色差补偿量和优异的光束质量的补偿装置是急需解决的难题。

发明内容

本发明提供了一种宽带激光系统色差动态补偿装置，能够满足不同带宽激光系统的色差补偿要求。该装置结构简单，光路调节方便，能自由移入移出且不影响主光路。相比传统的色差补偿技术，该装置采取像传递结构设计，并通过空间滤波小孔滤波，能够明显改善输出光束质量。该装置通过移动二维平移台可以控制凹透镜组、凹面反射镜与凸透镜之间的相对距离，能够逐渐改变入射到凹透镜组上的光束口径，从而起到连续控制色差补偿量的作用，有利于精确优化色差补偿效果。该装置可以作为色差补偿单元应用于超短脉冲激光系统，提供全系统的色差补偿，亦可用于普通光学系统，色差补偿范围较大。

本发明的技术解决方案：