[发明专利]一种基于温控双折射晶体的短脉冲激光三阶色散补偿及调控方法

说明书

本发明公开了一种基于温控双折射晶体的短脉冲激光三阶色散补偿及调控方法，通过激光的偏振控制，选择温控双折射晶体的特定琼斯矩阵元作为光谱调制函数，构建了一种有效短脉冲激光系统三阶色散补偿方法；具体而言，通过光谱调制函数和双折射晶体厚度及温度控制，首先满足短脉冲激光光谱无损失通过；此外，通过晶体面内旋转角度φ的调节，可以实现短脉冲激光的三阶色散的有效控制。本发明对短脉冲激光系统三阶色散补偿和调控具有重要的意义。

技术领域

本发明属于短脉冲激光系统的色散控制领域，更具体的说，涉及一种基于温控双折射晶体的短脉冲激光三阶色散补偿及调控方法，可以实现对短脉冲激光系统中激光的三阶色散补偿与调控，进而满足激光系统信噪比等参数指标优化的色散控制需求。

背景技术

在短脉冲激光系统中，为了同时实现高能量和短脉冲宽度的激光放大输出，啁啾脉冲放大是一种经常被采用的技术，而色散调控是其中一个重要的技术环节。在二阶色散调节方面，展宽器将低能量的短脉冲在时域上进行展宽，然后利用增益介质或参量放大技术进行能量的放大，最后再利用压缩器对宽带激光进行二阶色散补偿，压缩至转换极限脉冲，以此获得高能量、短脉宽的激光脉冲。虽然通过展宽器和压缩器的调节可以补偿系统的二阶色散，但是也会遗留不能完全补偿的三阶色散，当宽频带激光透过光学元件，如透镜，分束镜、偏振片和增益介质等，会引入三阶色散。此外，对于短脉冲光纤激光系统，光纤引入的三阶色散更为严重，这些都会对短脉冲激光系统的时域特性产生不利的影响，如信噪比、脉冲基座导致的时域脉冲特性变差等，因此有必要进行三阶色散的有效控制。目前，常用的有可编程声光调制器(AOPDF)、GT镜(Gires-Tounrois)和引入棱镜等，但是AOPDF由于口径限制，支持的能量比较小，而GT镜和棱镜色散有色散控制范围小、且不易于调节等缺点。如何找到一种支持高能量、色散控制范围大且操作方便的方法，这对于超短脉冲激光系统的激光性能提升十分重要。

为适用于不同的短脉冲激光系统的三阶色散补偿，本发明以国内神光II高能皮秒拍瓦激光装置为例，调节压缩器可以补偿展宽器和透过介质引入的二阶色散，但是未能补偿的三阶色散量约为1.55×10⁶fs³，虽然目前对于皮秒拍瓦激光装置的时域信噪比特性影响不大，但是随着激光装置的发展和物理要求的提升，以及基于钕玻璃的百飞秒装置升级的考虑，当压缩脉冲宽度为百飞秒量级时，系统三阶色散则需要进行补偿。此外，对于中心波长为800nm的钛宝石激光器或者OPCPA放大器，要求压缩到30fs级脉冲宽度，以及大能量短脉冲光纤激光系统，都需要对系统的三阶色散进行补偿。目前国内外科研工作者都在寻求有效的三阶色散补偿方法。

为此，本发明提出了一种基于温控双折射晶体的短脉冲激光三阶色散补偿及调控方法，该方法具有支持能量高、结构简单、适用性强和节省空间等优点，能够对短脉冲激光系统的三阶色散进行补偿和调控，这将对短脉冲激光系统的信噪比等激光参数优化具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提出了一种基于温控双折射晶体的短脉冲激光三阶色散补偿及调控方法，该方法具有支持能量高、结构简单、适用性强和节省空间等优点，能够对短脉冲激光系统的三阶色散进行补偿和调控。本方法将为短脉冲激光系统的三阶色散补偿提供一种简单可行的技术途径。

为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种基于温控双折射晶体的短脉冲激光三阶色散补偿及调控方法，该方法包括如下步骤：

步骤1，构建光路：沿短脉冲激光输出光轴依次放置的半波片、起偏器和检偏器，调节半波片并控制检偏器，使检偏器透射激光过能量最大，且入射起偏器和出射检偏器激光偏振为水平偏振；

步骤2，选择双折射晶体材料、设计厚度d(θ＝90°)和温度T，设计检偏器后透射激光的光谱调制函数，对应双折射晶体琼斯矩阵的m₂₂矩阵元；设计温度T控制光谱调制函数的中心波长，并通过厚度d控制光谱调制函数带宽，使短脉冲激光光谱成分完全通过，且可通过φ调节光谱调制函数引入的三阶色散幅值；