[发明专利]超强啁啾激光脉冲双光栅压缩装置

说明书

一种超强啁啾激光脉冲双光栅压缩装置由互相平行的反射式第一光栅和反射式第二光栅组成，一方面进行脉冲压缩，另一方面，对输出脉冲引入较强的空间色散，从而降低输出脉冲光斑的调制度，增大压缩器最后一块光栅所能承受的最大能量。较传统的基于四光栅的超短超强激光脉冲压缩装置而言，本发明光栅数量减半，可以节约一半的光栅和对应的调整架的巨大开销，更容易调节，更稳定，体积更小，所需要的真空腔体更小，后期运行维护成本更低，光栅衍射损失能量几乎减半，同时还因为能最大限度的对输出光斑的调制度进行平滑，使得压缩器最后一块光栅得到最好的保护，从而增加整个压缩器所能承受的最大能量。

技术领域

本发明涉及超强超短激光，特别是一种超强啁啾激光脉冲双光栅压缩装置。

背景技术

超强超短激光脉冲已成为了粒子加速、高能二次源产生、实验室天体物理、核聚变快点火等重大前沿科学研究领域的重要工具。超强超短激光脉冲在这些领域重要的应用，反过来推动着超强超短激光的进一步发展。当前，全世界已建成多达五十多套的拍瓦(PW,10¹⁵瓦)量级的激光装置，甚至100PW量级的激光装置也处于规划和建设阶段。

受限于制备工艺，基于光栅的啁啾激光脉冲压缩装置的有限光栅尺寸和损伤阈值，已成为超强超短激光脉冲系统进一步提升功率输出的主要障碍。为了获得越来越高激光脉冲能量输出，需要越来越大的大尺寸光栅，然而大尺寸光栅的制备难度极大，并且价格昂贵。同时，为了更好的保护昂贵有限的压缩装置光栅，需要将其置于超净真空腔体，这使得对大尺寸光栅的装调和控制也非常困难。

为了解决大尺寸光栅制造困难对于超强超短激光系统输出脉冲能量的限制，相干光组束方法被提出，即利用多个小尺寸压缩装置对多束小光斑低能量脉冲进行压缩，然后将压缩了的多束子光束进行相干组束，获得高能量脉冲输出。然而，该方法不同子光束之间的时间、指向性、波前以及色散的差别对于相干组束影响非常大，要对这些参数进行精密的控制和维持具有非常大的复杂性和难度。

怎么更有效的利用当前能制备出的最大尺寸光栅来获得最高能量的激光脉冲输出，是当下超强超短激光系统所追寻的目标。近期，基于时空特性调制的多步脉冲压缩方法被提出(参考文件1：专利(申请号)202010534823.8)。该方法以通过对光斑引入空间色散，来降低进入压缩装置的光斑的调制度(光斑中的最强能量密度与主光斑的平均能量密度的比值)，降低同能量下激光脉冲光斑中的热点对光栅造成损伤的可能性，进而增大同尺寸压缩光栅对于脉冲能量的承受能力。进一步，基于同样的原理，非对称四光栅压缩方法被提出(参考文件2，专利(申请号)CN202110509183.X)，该方法仅对常规使用的对称四光栅结构进行结构的简单变化，从对称结构变成非对称结构，既不用增加光学元件，也不用增加调节的复杂性，使其在增加压缩装置所能承受的最大输出能量的同时，具有成本经济、结构简易且稳定的优点。

怎么更经济容易的实现更高能量激光脉冲输出，仍是当前超强超短激光系统所追求的内容。

发明内容

本发明的目的在于提出一种超强啁啾激光脉冲双光栅压缩装置。

本发明的解决方案如下：

一种超强啁啾激光脉冲双光栅压缩装置，特点在于由互相平行的第一光栅和第二光栅组成。一方面，所述的双光栅压缩装置对导入其中的啁啾脉冲进行脉冲压缩；另一方面，导入所述双光栅压缩装置的啁啾脉冲，经过所述的第一光栅的衍射而获得了角色散，并经过所述第二光栅衍射而准直，使得从所述第二光栅输出的压缩了的脉冲具有较强的空间色散。所引入的较强空间色散，能最大限度的降低所述第二光栅上的光斑的调制度，从而更有效的保护压缩装置中最容易被光致损伤的最后一块光栅，在本发明中为所述的第二光栅，进而可以增加所述的超强啁啾激光脉冲双光栅压缩装置所能承受的输出激光脉冲能量。

本发明具有如下的显著特点：