[发明专利]光栅波前倾斜色散补偿装置

说明书

一种光栅波前倾斜色散补偿装置，该装置包括第一闪耀光栅、Offner光学系统和第二闪耀光栅或直角反射镜。本发明补偿了光栅角度色散效应引起的时间展宽和空间展宽，确保光束到达工作面上光束的时空色散为零。与传统的基于光栅波前倾斜获得技术相比，从根本上消除了光栅角色散效应对波前倾斜技术应用效果的影响。

技术领域

本发明涉及超短超强激光，特别是一种光栅波前倾斜色散补偿装置，针对脉冲宽度大于百飞秒的超短脉冲时间特性测量时，采用光栅单次自相关法测量脉冲。

背景技术

超短超强激光技术领域，激光脉冲宽度和脉冲信噪比是评价其输出性能的极为重要的参数。超短脉冲测量有直接测量和间接测量两种方式，直接测量方案采用快响应光电探测器+高速示波器的方法或者用条纹相机测量。间接测量方案有，扫描(或单次)二阶(或三阶)相关法，频率分辨光学开关法，自参考光谱位相相干电场重构法等。

高能拍瓦(10¹⁵W)激光系统采用啁啾脉冲光参量放大(OPCPA)，采用固体激光玻璃片状放大器作为增益介质，由于热致波前畸变等因素，目前均采用单次工作模式。典型激光能量约数千焦耳，脉冲宽度约一皮秒，峰值功率数拍瓦。此类激光系统的脉冲测量只能采取单次测量方案。在采用单次自相关法测量激光脉冲时，如果直接让两束超短脉冲在晶体中产生自相关信号，由于光学元件口径、晶体尺寸和测量取样激光通量等诸多条件限制，只能实现最长数百飞秒的测量范围。采用光栅自相关方案，一束激光将获得波前倾斜，这样，在相同工作口径时，在晶体中可以获得更宽的自相关作用时间窗口，采用相同口径的晶体尺寸可获得更大的时间测量范围，产品级典型值为小于20ps。理论分析发现，光栅单次自相关在测量数纳米光谱宽度皮秒级激光时，由于光栅角度色散效应引入的系统误差与脉宽相当。

发明内容

本发明的目的是提出一种光栅波前倾斜色散补偿装置，该装置本发明补偿了光栅角度色散效应引起的时间展宽和空间展宽，确保光束到达工作面上光束的时空色散为零。与传统的基于光栅波前倾斜获得技术相比，从根本上消除了光栅角色散效应对波前倾斜技术应用效果的影响。该装置应用到光栅单次自相关超短脉冲测量装置时，可降低单次自相关装置的系统误差，为高能超短激光脉冲测量提供了一种可靠的解决方案。

为实现上述目标，本发明的技术解决方案如下：

一种光栅波前倾斜色散补偿装置，其特点在于：包括第一闪耀光栅，由凹面反射镜和凸面反射镜构成的Offner光学系统和第二闪耀光栅，第二闪耀光栅常数与第一闪耀光栅常数相等，所述凹面反射镜的曲率半径为所述凸面反射镜的2倍，且所述的凹面反射镜和所述的凸面反射镜曲率中心重合；入射光经所述的第一闪耀光栅衍射后，成为第一衍射光束，衍射光入射到所述的凹面反射镜，经该凹面反射镜反射后入射到所述的凸面反射镜，经该凸面反射镜反射后再次到达所述的凹面反射镜，经所述的凹面反射镜反射后再次到达第一闪耀光栅，再次经第一闪耀光栅衍射后成为第二衍射光，第二衍射光沿所述的入射光相反的方向出射到所述的第二闪耀光栅，经第二闪耀光栅衍射后成为第三衍射光，沿衍射方向传输到工作面，该工作面与所述第二闪耀光栅的光栅面平行；所述的入射光射入至第一闪耀光栅的入射角与第二衍射光射入至第二闪耀光栅的入射角相等；所述的工作面与第一闪耀光栅的垂直距离是第一闪耀光栅与所述凸面反射镜曲率中心点之间的垂直距离的两倍。