[发明专利]超短脉冲时间净化装置

说明书

技术领域

本发明涉及超短脉冲激光，特别是一种超短脉冲时间净化装置。

背景技术

在过去的几十年中，飞秒激光的产生和应用取得了长足的进展，随着掺钛蓝宝石(Ti:sapphire)锁模激光器及啁啾脉冲放大(CPA)技术的出现，通过台式设备获得超强超短激光脉冲成为可能。

超强超短激光脉冲是许多基础研究中的重要工具，在激光物理研究领域有着不可替代的作用，比如高次谐波，等离子体通道，阿秒脉冲的产生等都需要高强度的超短激光脉冲作为光源。然而在这些超短激光脉冲的应用中，低对比度的预脉冲的存在，会在主脉冲到达之前先破坏靶。在基于固体靶物质与超强超短激光脉冲相互作用，产生高次谐波等物理科学研究中，当预脉冲强度达到10^10-12W/cm²量级，就有可能使得靶物质材料气化并产生等离子体，使主脉中实际是与等离子体相互作用，而破坏整个强场激光物理实验。因此，对于10^21-23W/cm²乃至更高量级的超强场激光与物质相互作用物理研究中，对超强超短激光脉冲的对比度要求就要达到10¹¹-10¹³的量级。目前主要基于啁啾脉冲放大(CPA)概念的超强超短激光系统的脉冲对比度一般在10⁶-10⁸量级，因此迫切要求发展相应激光脉冲时域对比度提高技术，以将超强超短激光脉冲对比度至少再提升4～6个数量级，并要求激光脉冲时域对比度的提高技术可随着聚焦功率密度的提高和强场物理需求的发展也可进一步持续发展，支持更高对比度的超强超短激光脉冲的获得。

在先技术中，Jullien等人提供了一种典型的脉冲净化装置(A.Jullien et al.，Optics Express 14，2760(2006))，其光路布置如图1所示。入射光通过透镜1聚焦到第一氟化钡(BaF₂)晶体3上，在透镜1和第一氟化钡晶体3之间有一起偏器2，在第一氟化钡晶体后是第二氟化钡晶体4。第一氟化钡晶体和第二氟化钡晶体均为[001]切割，β₁(β₂)是第一(第二)氟化钡(BaF2)晶体[100]轴与起偏器透振方向的夹角，在18～22.5°范围内，通过输出能量进行优化。第一BaF₂晶体和第二BaF₂晶体之间的距离亦通过输出能量进行优化。第二氟化钡晶体后是检偏器5，检偏器5的透振方向与起偏器2透振方向垂直。超短激光最后通过准直透镜6输出。

在先技术中，线偏振光通过透镜1聚焦到第一氟化钡晶体3上，由于交叉偏振波产生(XPW)效应，产生与原光束偏振方向相互垂直的激光。XPW效应是三阶非线性效应，因此，能量较强的主脉冲能够把大部分能量都转化到与原偏振方向垂直的光束上，从而能够透过检偏器输出；而能量较弱的预脉冲几乎不能产生交叉偏振波，最后都不能通过检偏器。第二氟化钡晶体的目的在于提高转换效率。这就是本在先技术装置实现脉冲净化的原理。该装置脉冲净化的能力受到起偏器和检偏器消光比的限制，对比度只能在原来基础上提高10⁵。另外，由于在先技术装置使用的是三阶非线性效应，因此对外界的影响非常敏感。输入能量的不稳定以及装置中气流的变化都会造成输出光束的抖动和能量的剧烈变化。

发明内容

本发明为了克服上述在先技术的不足，提供了一种超短脉冲时间净化装置，它较少受到外界环境因素的影响，对比度能在原来基础上提高107。

本发明的技术解决方案如下：

一种超短脉冲时间净化装置，特点在于其构成包括在输出的线偏振超短脉冲激光的光路上依次的光参量放大系统、倍频晶体、第一反射镜、第二反射镜和1/2波片，该1/2波片的快轴方向与所述的线偏振超短脉冲激光的偏振方向成45°，所述的第一反射镜和第二反射镜是镀膜的双色介质镜，对所述的光参量放大系统输出光束的透过率大于98％，而对所述的光参量放大系统输出光束的倍频光束的反射率大于98％。

所述的倍频晶体是偏硼酸钡晶体、三硼酸锂晶体或磷酸氧鈦钾晶体。

与在先技术相比，本发明具有以下显著的优点：

(1)在先技术脉冲净化的能力受到起偏器和检偏器消光比的限制，对比度只能在原来基础上提高105。根据小脉冲判断，本发明能够把对比度在原来基础上至少提高7个数量级，达到了仪器的测量极限。主脉冲前面的小脉冲是测量仪器本身自带的。