具有檢測打靶回光的啁啾脈沖放大激光裝置及其檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及高能粒子加速技術，尤其涉及一種具有檢測打靶回光的啁啾脈沖放大 激光裝置及其檢測方法。
【背景技術】
[0002] 自啁啾激光脈沖放大（CPA)提出后，激光器的峰值功率飛躍發展，激光脈沖峰值 功率可達數PW(IO15W)，激光光強可達1022W/cm2。這類強場激光被廣泛應用于激光與等離子 體相互作用中。激光與等離子體相互作用時，激光被等離子體吸收和反射，反射光可能原路 返回激光器中，從而導致激光器元器件被打壞，這也是強場激光應用中面臨的非常重要的 安全問題。
[0003] 常見的CPA技術如圖1所示，一個振蕩器產生超短脈沖（脈沖寬度通常為皮秒或 飛秒量級）作為種子源，經過展寬器對脈沖進行時間展寬后獲得長脈沖（脈寬長度幾十皮 秒到納秒量級，具體展寬后的脈寬長度取決于最終需要放大的能量），利用放大器系統對已 經展寬的長脈沖進行能量放大獲得高能量脈沖，高能量的激光脈沖最后通過壓縮器將脈沖 的時間尺度壓縮到最小（回到種子源的脈寬量級）從而獲得高峰值功率的強場激光脈沖。
[0004] 大型強場激光系統中壓縮器最常用的元件為光柵，壓縮器中的光柵是整個激光系 統中最易損傷，同時也是最昂貴的元件。除此之外，在激光與等離子體相互作用時，如果有 回光回到激光系統中，由于放大器對入射光有放大作用，因此回光將會被放大器放大從而 損壞整個激光系統。法拉第隔離器是光學中常用的隔離回光的元件，然而，對于高能量的飛 秒或皮秒激光系統，在壓縮器后使用隔離器不合適：一方面大型激光器口徑太大，例如百太 瓦激光器光斑口徑在幾十到百毫米，如此大口徑的隔離器價格昂貴，并且購買困難；另外一 方面，壓縮后使用隔離器必然引入色散，不利于飛秒或皮秒激光的應用；再者對于高強度的 飛秒激光，壓縮后的光直接注入隔離器中將會產生白光，損壞激光光束質量，同時隔離器存 在損壞破裂的危險。因此在大型激光系統的壓縮器后不再引入隔離器來防止回光保護激光 系統。同時，由于在激光打靶時產生的回光沿光路原路返回，在光路上很難將入射光和回光 分離，因此對回光進行探測存在困難。
【發明內容】
[0005] 針對以上現有技術中存在的問題，本發明提出了一種具有檢測打靶回光的啁啾脈 沖放大激光裝置及其檢測方法，用于激光與等離子相互作用時，探測等離子體對入射激光 沿著入射激光方向的反方向的返回光情況。
[0006] 本發明的一個目的在于提供一種具有檢測打靶回光的啁啾脈沖放大激光裝置。
[0007] 本發明的具有檢測打靶回光的啁啾脈沖放大激光裝置包括：振蕩器、展寬器、放大 器、壓縮器、和探測器；振蕩器作為種子源提供激光脈沖，經展寬器對脈沖激光展寬，經放大 器對激光能量進行放大，進入壓縮器對放大的激光脈沖的脈寬進行壓縮；其中，壓縮器至少 包括一塊光柵，使得光束經過四次光柵，并且出射光與入射光從空間上分開后，主光路進入 后面的打靶處，激光與等離子體相互作用，從打靶處返回到壓縮器的光柵，光路可逆，返回 光同樣四次經過光柵；在光柵上，入射光的入射角與1級衍射光的角度不相同，1級衍射光 作為主光路進入后面的打靶處；從打靶處返回到光柵的返回光的入射角等于從放大器放大 后的光束入射到壓縮器中的光柵上的1級衍射光的角度；O級衍射光的角度與入射角相同， 在從打靶處返回到壓縮器的返回光四次經過光柵中的一處產生的O級衍射光方向設置探 測器，對返回光的O級衍射光進行探測，探測器將返回光的O級衍射光全部接收。
[0008] 本發明的壓縮器中光束經過四次光柵對激光脈沖進行壓縮可以采用單光柵，雙光 柵或者四光柵來實現。
[0009] 進一步，對返回光在光柵上的0級衍射光進行探測時，當光斑大于探測器的有效 口徑時，利用透鏡會聚后將返回光在光柵上的0級衍射光全部收集到探測器上。探測器光 電探測器。
[0010] 本發明的另一個目的在于提供一種具有檢測打靶回光的啁啾脈沖放大激光裝置 的檢測方法。
[0011] 本發明的具有檢測打靶回光的啁啾脈沖放大激光裝置的檢測方法，壓縮器采用單 光柵，配合一個水平直角反射鏡、一個直角反射鏡和一個反射鏡實現光束經過四次光柵的 檢測包括以下步驟：
[0012] 1)振蕩器作為種子源提供激光脈沖，經展寬器對脈沖激光展寬，經放大器對激光 能量進行放大，進入壓縮器對放大的激光脈沖的脈寬進行壓縮；
[0013] 2)從放大器輸出的高能量激光光束進入到壓縮器，首先入射到光柵的上半區域， 光束入射角為0，光柵對入射激光衍射，衍射角為a的1級衍射光入射到水平直角反射鏡， 光束經過水平直角反射鏡反射后，在同一水平面內沿入射到水平直角反射鏡的相反方向出 射，出射光相對于入射到水平直角反射鏡的入射光在水平方向平移，出射光再次入射到光 柵的上半區域，其1級衍射光入射到直角反射鏡，激光經過直角反射鏡反射后將沿著入射 直角反射鏡的相反方向平行出射，直角反射鏡將激光光束高度降低，從直角反射鏡輸出的 光束入射到光柵的下半區域，光柵對入射角為0的激光產生衍射，衍射角為a的1級衍射 光入射到水平直角反射鏡，光束經過水平直角反射鏡反射后，在同一水平面內沿入射到水 平直角反射鏡的相反方向出射，出射光相對于入射到水平直角反射鏡的入射光在水平方向 平移，出射光再次以入射角a入射到光柵的下半區域，其1級衍射光的角度為0入射到反 射鏡上，反射鏡將經過壓縮器的光反射導出壓縮器，其中，入射光的入射角a與1級衍射光 的角度0不相同；
[0014] 3) 1級衍射光作為主光路進入后面的打靶處，激光與等離子相互作用，激光從打靶 處沿著入射激光方向的反方向反射；
[0015] 4)光路可逆，返回光同樣四次經過光柵并產生四次衍射，從打靶處返回到光柵的 返回光的入射角等于從放大器放大后的光束入射到壓縮器中的光柵上的1級衍射光的角 度e，入射角與〇級衍射光的角度相同，在返回光四次經過光柵中的一處產生的〇級衍射光 方向設置探測器，對返回光在光柵上的0級衍射光進行探測，探測器將返回光的0級衍射光 全部接收。
[0016] 本發明的具有檢測打靶回光的啁啾脈沖放大激光裝置的檢測方法，壓縮器采用兩 個參數相同的第一和第二光柵，配合一個直角反射鏡和一個反射鏡實現光束經過四次光柵 的檢測包括以下步驟：
[0017] 1)振蕩器作為種子源提供激光脈沖，經展寬器對脈沖激光展寬，經放大器對激光 能量進行放大，進入壓縮器對放大的激光脈沖的脈寬進行壓縮；
[0018] 2)從放大器輸出的高能量激光光束進入到壓縮器，首先入射到第一光柵的上半區 域，光束入射角為0，第一光柵對入射激光衍射，衍射角為a的1級衍射光反射到第二光柵 的上半區域，第一光柵和第二光柵平行，此時入射到第二光柵的光束的入射角為a，衍射角 度為0的1級衍射光入射到直角反射鏡上，激光經過直角反射鏡反射后將沿著入射直角反 射鏡的相反方向平行出射，直角反射鏡將激光光束高度降低，從直角反射鏡輸出的光束入 射到第二光柵的下半