[发明专利]高峰值功率飞秒激光负/正啁啾脉冲级联放大系统

说明书

一种高峰值功率飞秒激光负/正啁啾脉冲级联放大系统，其特点在于该系统是以负啁啾脉冲放大为前端，以正啁啾脉冲放大为后端的混合式高峰值功率飞秒激光系统。系统包括，钛宝石锁模振荡器、负啁啾脉冲放大前端、脉冲净化装置、正啁啾脉冲放大后端。本发明不仅可以提升高峰值功率飞秒激光的对比度,而且在不引入高阶色散补偿元件的条件下，能够有效地补偿激光系统的残余四阶色散，最终实现对比度高于10^‑12、脉宽为傅里叶变换极限值的高峰值功率飞秒激光输出。此外，本发明还能抑制了激光放大过程中的光谱红移，从而获得更宽的放大光谱和更短的傅里叶变换极限脉宽。

技术领域

本发明涉及啁啾脉冲放大及飞秒激光系统的色散补偿，尤其是基于负/正啁啾脉冲级联放大的高峰值功率飞秒激光系统中剩余四阶色散的补偿。所述的高峰值功率是指激光的峰值功率达到1PW(10¹⁵W)以上。

背景技术

自八十年代啁啾脉冲放大技术发明以来，立即成为提高激光系统输出峰值功率的主要技术途径，国内外多个激光实验室相继开展了相关的研究工作，超快激光的输出峰值功率得到迅猛发展，从而推动了强场超快科学研究的不断深入。随着飞秒脉冲峰值功率和聚焦峰值强度的不断提升，脉冲对比度变得日益重要。为了提升脉冲对比度，通常采用双啁啾脉冲放大的技术方案。即，第一级啁啾脉冲放大系统输出的较大能量(百微焦至毫焦耳量级)飞秒种子激光，经过脉冲净化装置后成为较大能量(微焦至毫焦量级)的高对比度种子脉冲。再将高对比度种子脉冲注入到第二级啁啾脉冲放大系统进行放大，最终可以实现高峰值功率的高对比度飞秒脉冲输出。在传统的双啁啾脉冲放大系统中，第一级和第二级啁啾脉冲放大系统通常都采用正啁啾脉冲放大的方式。

在这种传统的双正啁啾脉冲放大系统中，通常需要利用棱栅对、可编程声光调制器等高阶色散补偿器件来补偿整套激光系统的残余四阶色散，从而确保实现较窄脉冲宽度的压缩脉冲输出。然而，高阶色散补偿器件通常具有较高的能量损耗，会极大地降低高对比度种子脉冲的能量，从而降低第二级啁啾脉冲放大系统输出的高峰值功率飞秒激光的对比度。因此在传统的双啁啾脉冲放大系统中，高阶色散补偿会明显地影响到脉冲对比度的提升。另外，正啁啾脉冲放大过程中的光谱红移也是阻碍获得短脉冲的重要因素之一，严重的光谱红移会使得放大光谱变窄，从而使脉宽变宽。

为了克服上述技术问题，本发明提出了一种高峰值功率飞秒激光负/正啁啾脉冲级联放大系统。在该激光系统中，无需使用高阶色散补偿器件，通过优化第一级负啁啾脉冲放大系统和第二级正啁啾脉冲放大系统的设计，就可以有效地实现激光脉冲的色散补偿，尤其是四阶色散的补偿。从而，可以在确保脉冲对比度不受影响的条件下，实现近傅里叶变换极限的高质量压缩脉冲输出。此外，利用负啁啾脉冲放大的光谱蓝移和正啁啾脉冲放大的光谱红移相互补偿，能够实现更宽的放大光谱输出，从而获得更短的傅里叶变换极限脉宽。相比传统的双啁啾脉冲放大激光系统，高峰值功率飞秒激光负/正啁啾脉冲级联放大系统无需使用高阶色散补偿器件，可以节约成本，并可同时确保高对比度和高质量压缩脉冲这两项关键的激光参数。

发明内容

瞄准传统双啁啾脉冲放大系统中，脉冲对比度受到高阶色散补偿器件所影响以及光谱红移等技术问题，本发明提出了一种高峰值功率飞秒激光负/正啁啾脉冲级联放大系统。克服了传统双啁啾脉冲放大系统中的高阶色散补偿问题，通过优化负啁啾脉冲放大前端和正啁啾脉冲放大后端的设计，在不使用高阶色散补偿器件的前提下，可以实现对比度高于10^-12、脉宽为傅里叶变换极限值的高峰值功率飞秒激光输出。此外，还能利用前端负啁啾脉冲放大中的光谱蓝移来补偿后端正啁啾脉冲放大过程中的光谱红移，从而获得更宽的放大光谱以及更短的傅里叶变换极限脉宽。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：