[实用新型]一种完全无像差的超短激光脉冲展宽器

说明书

本实用新型涉及激光技术领域，特别是涉及一种实现完全无像差的超短激光脉冲展宽器。

激光是本世纪最伟大的发明之一。在目前激光物理和技术的研究中，啁啾脉冲放大(CPA，Chirped-Pulse Amplification的首字缩写)是其中最为领先和热门的研究内容，其结构主要由振荡器、脉冲展宽器、放大器和再压缩器四部分组成(图1)，基本的工作过程是：首先由振荡器产生飞秒(即fs，1fs＝10^-15秒)量级脉宽的种子激光脉冲；然后利用具有正色散的展宽器将其展宽为数百皮秒(即ps，1ps＝10^-12秒)脉宽的啁啾脉冲，同时维持其光谱宽度不变；再次经过必要的放大后，最后利用与展宽器色散相反量的压缩器将其啁啾抵消，从而得到与种子脉宽相近的放大结果。由于展宽后的峰值功率已被大大降低，这样在随后的放大过程中啁啾激光脉冲可以得到充分放大而不会过早产生非线性效应和放大饱和效应。在CPA技术中，通用的压缩器是平行结构放置的光栅对，因此，寻求与这种标准压缩器具有完全相反色散量并有理想展宽率的展宽器，是CPA技术的关键所在。实际上，CPA技术中研究最多的是展宽器，每次重要进展都是因展宽器的改进而实现的。

八十年代中后期CPA技术刚出现时，所用的展宽器为数公里长的单模光纤构成，由于损耗高、展宽率有限、色散与光栅对不匹配、使用不便等缺点，九十年代初便被结合透射式望远镜结构的反光栅对所取代，其理论上虽可提供光栅压缩器能完全补偿的正色散，但实际上由于透镜的材料色散等原因，采用这种展宽器的CPA不能获得小于100fs的放大结果。1994年前后，人们开始改用球面反射式望远镜结构的展宽器，从而使获得100fs以下的放大脉冲成为可能，尔后又被进一步改进为球面抛物镜和球面柱面镜结构，虽然两种方案都得到了放大脉冲小于30fs的纪录结果，但前者的展宽率极低(200)，后者八次通过光栅衍射，损耗较大。而且上述方案的空间尺寸都较长，与CPA技术的台面尺寸优点相抵触，并都存在着引起光脉冲空间啁啾及时间啁啾的光学像差。

如文献1和2

1.Cheriaux等；Aberration-free stretcher design for ultrashort pulseamplification(用于超短脉冲放大的无像差展宽器设计)；Opt.Lett；Vol.21，414(1996)

2.Detao.Du等；Terawatt Ti：sapphire laser with a spherical reflec-tive optic pulse expander(采用球面反射光学展宽器的太瓦脉冲钛宝石激光)；Opt.Lett；Vol.20，2114(1995)所介绍，1995年法国及美国科学家先后独立提出了共心凹凸球面镜结构的展宽器，从而使展宽器的体积大为减小，此外这种结构还能部分消除光学像差，现成为目前最先进的脉冲展宽器，但是这种所谓的“无”像差展宽器由于采用的是球面镜结构，因此一方面在偏离共心处仍然存在着像差，并对具有超宽频谱的窄脉冲有着不可忽略的四阶色散；另一方面由于在光栅的非衍射方向也存在光学变换，从而伴随有不必要的空间啁啾，这也正是用这种展宽器仍未能获得小于30fs放大结果的主要原因。

本实用新型的目的：

本实用新型的目的是针对目前飞秒脉冲展宽器的不足和缺陷，提供一种能完全排除光学像差和噪声“啁啾”的展宽器，从而使CPA技术经过最后的压缩阶段能获得与种子脉宽相近的高质量放大脉冲。本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型是通过采用全息光栅及新型凹凸抛物柱面反射镜组成的放大率为1的望远镜而实现的，附图2为典型结构的主视图(a)和侧视图(b)。两凹面抛物柱面反射镜与一个凸面抛物柱面反射镜相对位置为小角度结构，凸面抛物柱面反射镜的焦距为f，为保证放大率为1的效果，凹面抛物柱面反射镜的焦距相应的为-2f，并与凸面抛物柱面反射镜间的距离固定为2(|2f|-|f|＝2|f|。各反射镜的柱面与柱面、抛物面与抛物面相互平行放置，凹面抛物柱面反射镜与凸面抛物柱面反射镜的反射面相对(向)放置，全息光栅的刻划线方向与反射镜柱面方向一致，在主视图面内呈倾角放置以适合衍射方向的要求，当一束激光入射到本实用新型展宽器的全息光栅后，其将在平行于抛物面(主视面)的平面内发生色散衍射，光栅上该入射点与凹面抛物柱面反射镜的距离决定了这种展宽器的展宽量，系统中对屋脊反射镜、平面反射镜与光栅间的距离没有特殊要件，实际中根据情况视方便而定。本实用新型的优点