[发明专利]一种啁啾脉冲放大激光隔离打靶回光的装置及其实现方法

说明书

本发明公开了一种啁啾脉冲放大激光隔离打靶回光的装置及其实现方法。本发明在第二级放大器之前放置隔离器；对于第一级扩束系统包括一个子扩束系统，则隔离器放置在第一级扩束系统与第二级放大器之间；或者第一级扩束系统包括多个子扩束系统，隔离器放置在第一级扩束系统的子扩束系统之间；子扩束系统由一个正透镜和一个负透镜组成；将隔离器置入第二级放大器之前，能流密度低，不会将隔离器打坏；同时光斑尺寸相对较小，从而能够降低隔离器的尺寸，减小了隔离器的购置费用，造价进一步降低，并且能够保证100％回光隔离。

技术领域

本发明涉及激光技术，具体涉及一种啁啾脉冲放大激光隔离打靶回光的装置及其实现方法。

背景技术

自啁啾激光脉冲放大(CPA)提出后，激光器的峰值功率飞跃发展，激光脉冲峰值功率可达数PW(10¹⁵W)，激光光强可达10²²W/cm2。这类强场激光被广泛应用于激光等离子相互作用中。

常见的CPA系统如图1所示，一个振荡器产生超短脉冲(脉冲宽度通常为皮秒或飞秒量级)作为种子源，经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长脉冲(脉宽长度几十皮秒到纳秒量级，具体展宽后的脉宽长度取决于最终需要放大的能量)，利用放大器组对已经展宽的长脉冲进行能量放大获得高能量脉冲，高能量的激光脉冲最后通过压缩器将脉冲的时间尺度压缩到最小(回到种子源的脉宽量级)从而获得高峰值功率的强场激光脉冲。高峰值功率的强场激光传输到靶上与靶相互作用。

激光等离子相互作用是通过激光与靶相互作用实现的。此时，激光打靶时，靶对入射激光产生反射作用，部分激光将沿原路返回到激光系统中，这部分光称作回光。对于一个CPA系统，光束从种子到压缩腔处，光斑尺寸越来越大，以匹配光束能流密度在光学元件安全范围内。但是回光的传播方向正好相反，从压缩腔处往种子方向传输，在传输的过程中光斑尺寸越来越小，并伴随着各级放大器对回光进一步的放大，使得光束能流密度越来越高，这对放大器是非常不安全的，严重威胁着激光系统安全。为了防止回光对激光系统造成致命的损伤，需要在激光系统中放置隔离器对回光进行隔离。

隔离器位置的选择对激光系统的保护程度以及隔离器自身成本非常重要。现有技术中，将隔离器放在压缩器之后可以完全将回光隔离在激光系统之外，有效保护整个激光系统，但是此时激光脉宽为超短脉宽，通常为皮秒或飞秒脉冲，当激光脉冲经过隔离器传输时，具有极高峰值功率的激光脉冲在隔离器时，由于激光在隔离器内光学元件中的非线性效应将降低激光光束质量并损坏隔离器。

发明内容

针对以上现有技术中在压缩器之后不适合放置隔离器，本发明将隔离器放置在压缩器之前，提出了一种啁啾脉冲放大激光隔离打靶回光的装置及其实现方法，考虑到大口径光学元件的昂贵价格，隔离器位置的合适选择既可以有效的隔离回光保护激光系统，又能有效减小隔离器的口径降低激光造价。

本发明的一个目的在于提出一种产生啁啾脉冲放大激光隔离打靶回光的装置。

CPA系统依次包括种子源、展宽器、放大器组和压缩器；其中，放大器组包括前级放大器组、前级扩束系统、第一级放大器和第二级放大器，以及第一级扩束系统和第二级扩束系统，前级放大器组包含m个放大器，m为≥0的自然数；种子源经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长激光脉冲；再进入放大器组，依次经过前级放大器和前级扩束系统后，经第一级放大器放大能量，放大后的能量为A，通过第一级扩束系统将光斑的直径由a扩大到b，再进入第二级放大器放大能量，放大后的能量为B，且B2A，获得高能量激光脉冲；再经过第二级扩束系统将光斑的直径由b扩大到c后，进入压缩器压缩脉冲宽度，压缩器的压缩效率为X，压缩后输出的能量为XB，并且X²BA，经压缩后的激光传输到靶区进行打靶；打靶处将有回光沿传输路径原路返回到激光器中，能量的单位为焦耳，直径的单位为厘米。

本发明的产生啁啾脉冲放大激光隔离打靶回光的装置为在第二级放大器之前放置隔离器；其中，第一级扩束系统包括一个子扩束系统，或者第一级扩束系统包括多个子扩束系统；