專利名稱：時域雙峰脈沖泵浦抑制鈦寶石多通放大器寄生振蕩的方法
技術領域：
本發明涉及激光放大技術，特別是一種時域雙峰脈沖泵浦抑制鈦寶石多通放大器寄生振蕩的方法。
背景技術：
啁啾脈沖放大(CPA)技術的發明為超短超強激光開辟了新的道路；自1990s后，CPA技術得到了迅速的發展，迄今為止，世界上很多國家建立起了基于鈦寶石晶體(TiiSapphire)的拍瓦(PW)量級激光裝置；在基于鈦寶石的PW激光裝置中，為了獲得高能量的放大輸出，鈦寶石的橫向尺寸遠大于縱向尺寸，因此，在高能泵浦下，鈦寶石的橫向增益遠大于縱向增益。在沒有種子光注入時，鈦寶石的周邊是一個諧振腔體，當橫向增益達到一定閾值，就會發生強烈的橫向寄生振蕩，消耗大量反轉粒子數，進而影響種子光的放大。因此對于輸出能量達到幾十焦耳甚至上百焦耳的PW激光來說，需要大口徑鈦寶石作為終端放大器和高能激光作為泵浦源，橫向寄生振蕩則制約著高能CPA技術的進一步發展；橫向寄生振蕩不僅降低了鈦寶石的轉換效率，而且劣化光斑質量和放大激光脈沖對比度，這些都對物理實驗產生了不利的影響。因此，如何抑制大口徑鈦寶石放大器的寄生振蕩一直是研究聞性能的拍瓦激光的關鍵。目前，抑制寄生振蕩的主要方法是(I)采用折射率接近鈦寶石折射率(n=l.76)的匹配液進行包邊來降低鈦寶石周邊Fresnel反射率，從而提高橫向寄生振蕩的閾值。與此同時，在匹配液中摻雜吸收體(如:碳粉)吸收從側面透出的自發輻射熒光，從而克服寄生振蕩效應。該方法比較好地抑制了鈦寶石的寄生振蕩。然而，在高能量泵浦，大口徑鈦寶石激光放大系統中，橫向增益會非常高，以至于超過所述的寄生振蕩閾值。此時由于匹配液的折射率有限，且隨波長變化，因此，該方法也受到了限制。(2)采用雙端泵浦鈦寶石的方式，降低鈦寶石泵浦密度，使得鈦寶石內的儲能更加均勻，從而減小鈦寶石的橫向增益。這個方法并不能主動抑制寄生振蕩，抑制能力非常有限。鈦寶石晶體內的反轉粒子數是對泵浦脈沖時域的積分，隨著時間增加，上能級粒子數增加。目前所采用的泵浦光的時域分布都是單峰脈沖分布，因此鈦寶石晶體內的反轉粒子數對時間的敏感性非常高，在多通放大器每程之間的時間間隔內，鈦寶石內的反轉粒子數一直隨著泵浦能量的吸收而增加，橫向增益很容易達到寄生振蕩的閾值。
發明內容
本發明目的在于克服上述現有抑制鈦寶石寄生振蕩的局限性，提供一種時域雙峰脈沖泵浦抑制鈦寶石多通放大器寄生振蕩的方法，該方法既可以有效抑制寄生振蕩，又可以提高種子光的放大效率，該方法不僅操作簡單、科學有效，而且實用性強。本發明的技術解決方案如下:
一種時域雙峰脈沖泵浦抑制鈦寶石多通放大器寄生振蕩的方法，所述的鈦寶石多通放大器包括:527nm泵浦激光器、鈦寶石晶體、多通放大器、同步延時觸發器和SOOnm激光種子源，其特點在于該方法包括下列步驟:①所述的同步延時觸發器觸發所述的527nm泵浦激光器產生一個時域雙峰分布的527nm泵浦脈沖注入并泵浦多通放大器中的鈦寶石晶體；②所述的同步延時觸發器經延時At后，觸發所述的SOOnm激光種子源產生的SOOnm種子光脈沖并注入所述的多通放大器中的鈦寶石晶體；③以527nm雙峰泵浦脈沖的前沿時刻作為時間零點，調整所述的同步延時觸發器的延時Δ t,使所述的800nm種子光脈沖的峰值時刻tsl位于所述的527nm雙峰泵浦脈沖的前峰靠近谷底的后沿時刻tpl時刻；④調整所述的多通放大器中單通的時間間隔δ t，使SOOnm種子光脈沖的第二通脈沖的峰值時刻ts2位于527nm雙峰泵浦脈沖的谷底tp2與第二個峰頂tp3時刻之間，并且，使800nm種子光脈沖的最后一通脈沖的峰值時刻tsn彡tp4,其中tp4為單個527nm雙峰泵浦脈沖的截止時刻。所述的527nm雙峰泵浦脈沖的產生裝置包括下列三種:①將所述的527nm激光器輸出的激光脈沖經分束鏡分為透射光束和反射光束，改變所述的透射光束和反射光束的光程，使得兩個光束在時域上首尾相連，從而形成時域雙峰分布的527nm雙峰泵浦脈沖；或②所述的同步延時觸發器觸發第一 527nm泵浦激光器與第二 527nm泵浦激光器，使第一 527nm泵浦激光器和第二 527nm泵浦激光器產生的527nm泵浦脈沖在時域上首尾相連，形成時域雙峰分布的527nm雙峰泵浦脈沖；或③所述的同步延時觸發器觸發一個1053nm激光器產生一個單峰的1053nm激光脈沖，該1053nm激光脈沖經過普克爾盒整形后產生時域雙峰的1053nm雙峰激光脈沖，該1053nm雙峰激光脈沖經過1053nm激光放大器放大后再經過倍頻晶體倍頻后產生時域雙峰分布的527nm雙峰泵浦脈沖。所述的527nm雙峰泵浦脈沖的脈沖寬度和能量最好滿足以下要求:①527nm雙峰泵浦脈沖的后峰的脈寬大于或等于前峰的脈寬；②527nm雙峰泵浦脈沖后峰所包含的能量小于或等于前峰所包含的能量。本發明的原理是:種子光被放大時提取鈦寶石內的反轉粒子數，種子光的放大對寄生振蕩的抑制具有重要作用，種子光能量越強，抑制寄生振蕩的能力越強。當我們選擇在靠近前峰后沿谷底的時刻注入種子光，第二通種子光脈沖注入的時刻根據兩個峰之間的時間間隔進行調整，第二通種子光脈沖必須在橫向增益沒有達到`寄生振蕩閾值之前注入。在第一通種子光脈沖和第二通種子光脈沖的時間間隔內，由于泵浦能量比較小，鈦寶石內的反轉粒子數在這個時間間隔里增長相對緩慢，因此在第二通種子光注入前鈦寶石的橫向增益比較小，不會發生寄生振蕩，避免了現有單峰泵浦脈沖的局限，而且第二通種子光注入的已經經過了第一通鈦寶石放大器的放大，能量更強，因此第二通種子光的注入對橫向增益的抑制更加明顯！此時，泵浦光能量已經開始變弱，因此在接下來的幾通種子光放大過程中，鈦寶石的橫向增益不會超過寄生振蕩的閾值。本發明既能保證泵浦光完全被吸收，又能有效抑制寄生振蕩的發生。由于鈦寶石晶體對泵浦光的吸收，當達到某個時間點時，鈦寶石的橫向增益會迅速增益，因此采用的雙峰脈沖的后峰脈寬大于或等于前峰脈寬以及能量小于或等于前峰脈寬，都是為了減小鈦寶石橫向增益對時間的敏感性。與先技術相比，本發明具有以下顯著的特點:1.利用527nm雙峰泵浦脈沖，可以有效抑制鈦寶石的寄生振蕩，十分簡單有效；2.利用時域雙峰脈沖的特性，減少了輸出能量對延時的敏感性；3.利用時域雙峰脈沖的 特性，調整種子光與泵浦光的延時，同時調整多通放大器每一個脈沖之間的時間間隔，可以有效抑制鈦寶石的寄生振蕩，從而可以提高最終種子光的放大效率。
圖1是本發明時域雙峰脈沖泵浦抑制鈦寶石多通放大器寄生振蕩的方法的光路圖。圖2是利用時域雙峰527nm泵浦脈沖泵浦鈦寶石晶體以及800nm種子光放大的簡圖。圖3是利用527nm分束鏡產生的時域雙峰分布的527nm雙峰泵浦脈沖泵浦鈦寶石的簡易光路圖。圖4是利用同步延時觸發器控制兩路527nm泵浦激光器之間的延時獲得時域雙峰分布的527nm雙峰泵浦脈沖泵浦鈦寶石的簡易光路圖。圖5是利用時域整形器件產生的時域雙峰分布的527nm雙峰泵浦脈沖的簡易光路圖。
具體實施例方式請先參閱圖1，圖1是本發明時域雙峰脈沖泵浦抑制鈦寶石多通放大器寄生振蕩的方法的光路圖，本發明是一種時域雙峰脈沖泵浦抑制鈦寶石多通放大器寄生振蕩的方法，所述的鈦寶石多通放大器包括:527nm泵浦激光器1、鈦寶石晶體2、多通放大器3、同步延時觸發器4和SOOnm激光種子源5，該方法包括下列步驟:①所述的同步延時觸發器4觸發所述的527nm泵浦激光器I產生一個時域雙峰分布的527nm泵浦脈沖注入并泵浦多通放大器3中的鈦寶石晶體2 ；②所述的同步延時觸發器4經延時At后，觸發所述的800nm激光種子源5產生的SOOnm種子光脈沖并注入所述的多通放大器3中的鈦寶石晶體2 ；③請參閱圖2，圖2是利用時域雙峰527nm泵浦脈沖泵浦鈦寶石晶體以及800nm種子光放大的簡圖；以527nm雙峰泵浦脈沖的前沿時刻作為時間零點，調整所述的同步延時觸發器4的延時At,使所述的800nm種子光脈沖的峰值時刻tsl位于所述的527nm雙峰泵浦脈沖的前峰靠近谷底的后沿時刻tpl時刻；④調整所述的多通放大器3中單通的時間間隔δ t，使SOOnm種子光脈沖的第二通脈沖的峰值時刻ts2位于527nm雙峰泵浦脈沖的谷底tp2與第二個峰頂tp3時刻之間，并且，使800nm種子光脈沖的最后一通脈沖的峰值時刻tsn彡tp4,其中tp4為單個527nm雙峰泵浦脈沖的截止時刻。所述的527nm雙峰泵浦脈沖的產生裝置包括下列三種:①請參閱圖3，圖3是利用527nm分束鏡產生的時域雙峰分布的527nm雙峰泵浦脈沖泵浦鈦寶石的簡易光路圖；將所述的527nm激光器輸出的激光脈沖經分束鏡6分為透射光束和反射光束，改變所述的透射光束和反射光束的光程，使得兩個光束在時域上首尾相連，從而形成時域雙峰分布的527nm雙峰泵浦脈沖；或②請參閱圖4，圖4是利用同步延時觸發器控制兩路527nm泵浦激光器之間的延時獲得時域雙峰分布的527nm雙峰泵浦脈沖泵浦鈦寶石的簡易光路圖；所述的同步延時觸發器4觸發第一 527nm泵浦激光器8與第二 527nm泵浦激光器9,使第一 527nm泵浦激光器8和第二 527nm泵浦激光器9產生的527nm泵浦脈沖在時域上首尾相連，形成時域雙峰分布的527nm雙峰泵浦脈沖；或③請參閱圖5，圖5是利用時域整形器件產生的時域雙峰分布的527nm雙峰泵浦脈沖的簡易光路圖；所述的同步延時觸發器4觸發一個1053nm激光器10產生一個單峰的1053nm激光脈沖，該1053nm激光脈沖經過普克爾盒11整形后產生時域雙峰的1053nm雙峰激光脈沖，該1053nm雙峰激光脈沖經過1053nm激光放大器12放大后再經過倍頻晶體13倍頻后產生時域雙峰分布的527nm雙峰泵浦脈沖。所述的527nm雙峰泵浦脈沖的脈沖寬度和能量最好滿足以下要求:①527nm雙峰泵浦脈沖的后峰的脈寬大于或等于前峰的脈寬；②527nm雙峰泵浦脈沖后峰所包含的能量小于或等于前峰所包含的能量。采用更寬脈寬的泵浦光，更強的種子光能量注入可以更有效地抑制寄生振蕩；延時對寄生振蕩的抑制能力一定程度上取決于注入種子光的能量大小。另外，采用時域多峰分布的泵浦脈沖，通過調整延時同樣可以抑制鈦寶石的寄生振蕩。
權利要求
1.一種時域雙峰脈沖泵浦抑制鈦寶石多通放大器寄生振蕩的方法，所述的鈦寶石多通放大器包括:527nm泵浦激光器(I )、鈦寶石晶體(2)、多通放大器(3)、同步延時觸發器(4)和SOOnm激光種子源(5)，其特征在于該方法包括下列步驟: ①所述的同步延時觸發器(4)觸發所述的527nm泵浦激光器(I)產生一個時域雙峰分布的527nm泵浦脈沖注入并泵浦多通放大器(3)中的鈦寶石晶體(2)； ②所述的同步延時觸發器(4)經延時At后，觸發所述的SOOnm激光種子源(5)產生的SOOnm種子光脈沖并注入所述的多通放大器(3)中的鈦寶石晶體(2)； ③以527nm雙峰泵浦脈沖的前沿時刻作為時間零點，調整所述的同步延時觸發器(4)的延時Δ t,使所述的800nm種子光脈沖的峰值時刻tsl位于所述的527nm雙峰泵浦脈沖的前峰靠近谷底的后沿時刻tpl時刻； ④調整所述的多通放大器(3)中單通的時間間隔δt，使SOOnm種子光脈沖的第二通脈沖的峰值時刻ts2位于527nm雙峰泵浦脈沖的谷底tp2與第二個峰頂tp3時刻之間，并且，使800nm種子光脈沖的最后一通脈沖的峰值時刻tsn ^ tp4,其中tp4為單個527nm雙峰泵浦脈沖的截止時刻。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的527nm雙峰泵浦脈沖的產生裝置包括下列三種: ①將所述的527nm激光器輸出的激光脈沖經分束鏡(6)分為透射光束和反射光束，改變所述的透射光束和反射光束的光程，使得兩個光束在時域上首尾相連，從而形成時域雙峰分布的527nm雙峰泵浦脈沖； 或②所述的同步延時觸發器(4)觸發第一 527nm泵浦激光器(8)與第二 527nm泵浦激光器(9 )，使第一 527nm泵浦激光器(8 )和第二 527nm泵浦激光器(9 )產生的527nm泵浦脈沖在時域上首尾相連，形成時域雙峰分布的527nm雙峰泵浦脈沖； 或③所述的同步延時觸發器(4)觸發一個1053nm激光器(10)產生一個單峰的1053nm激光脈沖，該1053nm激光脈沖經過普克爾盒(11)整形后產生時域雙峰的1053nm雙峰激光脈沖，該1053nm雙峰激光脈沖經過1053nm激光放大器(12)放大后再經過倍頻晶體(13)倍頻后產生時域雙峰分布的527nm雙峰泵浦脈沖。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的527nm雙峰泵浦脈沖的脈沖寬度和能量最好滿足以下 要求: ①527nm雙峰泵浦脈沖的后峰的脈寬大于或等于前峰的脈寬； ②527nm雙峰泵浦脈沖后峰所包含的能量小于或等于前峰所包含的能量。
全文摘要
一種時域雙峰脈沖泵浦抑制鈦寶石多通放大器寄生振蕩的方法，該方法利用了時域雙峰泵浦脈沖的特性,調整種子光的延時以及多通放大器中單通時間間隔放大800nm種子光，使得鈦寶石晶體在整個放大過程中的橫向增益保持在一個很低的水平上，有效地抑制了鈦寶石晶體中的寄生振蕩，提高了種子光的放大效率。本發明具有調節方便、簡單高效，實用性強的特點。
文檔編號G02F1/39GK103151698SQ20131004386
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月4日 優先權日2013年2月4日
發明者儲玉喜, 梁曉燕, 於亮紅, 李儒新, 徐至展 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所