[发明专利]用于脉冲激光束的脉冲压缩的光学器件及激光系统

说明书

本发明涉及一种用于脉冲激光束(6)的脉冲压缩的光学器件(1)，该光学器件包括：具有至少一个衍射光栅(3，4)的光栅器件(2)。光学器件(1)包括射束扩展装置、特别是至少一个射束扩展光学元件(7)，用于形成发散的脉冲激光束(6)，该脉冲激光束发散地进入光栅器件(2)并通常发散地穿过该光栅器件(2)。本发明还涉及一种激光系统，该激光系统具有用于产生脉冲激光束(6)的激光源和如上所述设计的用于脉冲压缩的光学器件(1)。

技术领域

本发明涉及一种用于脉冲激光束的脉冲压缩的光学器件(optische Anordnung)，该光学器件包括：具有至少一个衍射光栅的光栅器件。本发明还涉及一种具有这种光学器件的激光系统。

背景技术

具有带有一个或多个衍射光栅的光栅压缩器的光学器件被用于例如啁啾脉冲放大(CPA)系统中的脉冲压缩。在CPA系统中，脉冲激光束的激光脉冲在展宽器中被展宽，在放大器中被放大并且在压缩器中被压缩。光栅压缩器常用作CPA系统中的压缩器。由于CPA系统中的高脉冲峰值功率，在压缩器中需要大射束直径的脉冲激光束，以便防止不需要的非线性效应(克尔透镜)，或者防止在最坏情况下破坏光栅压缩器的衍射光栅。大射束直径需要大衍射光栅，即具有大光栅面积的衍射光栅，这导致生产成本高。

US 5,847,863已经披露了一种用于放大超短光脉冲的系统，该系统尤其可以用于啁啾脉冲放大。在这种系统中，光纤展宽器与光栅压缩器相结合。望远镜布置在准直射束的射束路径中，并且用于补偿光纤展宽器与光栅压缩器之间的相位失配。作为示例，光栅压缩器可以是Treacy型光栅压缩器，并且具有用于射束扩展的第一衍射光栅和用于射束准直的第二衍射光栅。

发明内容

发明目的

本发明基于的目的是提供一种用于脉冲压缩的光学器件和一种具有这种光学器件的激光系统，即使在高脉冲峰值功率的情况下，这两者也可以用紧凑的结构来实现。

发明任务

根据本发明，该目的通过一种开篇提出类型的光学器件来实现，该光学器件具有射束扩展装置、特别是至少一个射束扩展光学元件，用于形成发散的脉冲激光束，为了脉冲压缩，该脉冲激光束发散地进入光栅器件并通常发散地穿过(Durchlaufen)光栅器件。激光束通常在穿过光栅器件时保持其发散的射束形状，也就是说，激光束通常既不在光栅器件内准直也不在光栅器件内聚焦。

根据本发明，提出将脉冲激光束不以准直方式而是发散地(准确地说，以由射束扩展装置预给定的发散角)辐照到(通常是非成像的)光栅器件中。射束扩展装置可以具有一个或多个射束扩展光学元件，例如，透射式光学元件的形式(例如，透镜的形式)和/或反射式光学元件的形式(例如，(弯曲的)反射镜的形式)。

在进入光栅器件时，也就是说，当激光束照射到射束路径中的第一衍射光栅上时，脉冲激光束的脉冲持续时间仍然长，并因此脉冲峰值功率或峰值强度相对较低，结果，在光栅器件的正确设计的情况下，即使在相对较小的射束直径的情况下，也可以避免非线性效应，并且不会损坏光学单元。因此，发散激光束在进入光栅器件时通常具有小射束直径，并且在第一衍射光栅处仅需要小光栅面积。

当激光束传播通过光栅器件时，即在第一衍射光栅处的衍射之后，脉冲持续时间减小并且脉冲峰值功率增加。然而，在发散激光束充分扩展的情况下，借助于增加激光束照射到其上的光栅面积可以补偿峰值强度的对应增加，结果避免了上述非线性效应，并且不会损坏光学单元。在受限的情况下，光栅器件的一个或多个衍射光栅所需的光栅面积可以以这种方式减小50％。以这种方式，可以实现具有紧凑结构的节省成本的光栅器件。