脉冲展宽装置及系统

1.本技术涉及激光光束处理领域，尤其是涉及一种脉冲展宽装置及系统。


背景技术：

2.相关技术中，为了获取超高峰值功率超强超短的激光，往往采用啁啾脉冲放大技术进行实现，需要大展宽量的啁啾脉冲激光进行后续的功率或能量的放大。传统获得大展宽量的展宽器，通常采用高刻线密度、大体积、昂贵的光栅对，也有采用将martinez展宽器或offner展宽器放置于再生放大器中，使得激光脉冲在再生放大器中进行循环的方式。
3.然而，这种再生放大器结构复杂、体积庞大，不便于使用；调节困难，并且损耗较高。


技术实现要素：

4.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种脉冲展宽装置，能够在获得超强超短激光的同时，减小再生放大器的结构与体积，并且损耗较低。
5.本技术还提出一种具有上述脉冲展宽装置的脉冲展宽系统。
6.根据本技术的第一方面实施例的脉冲展宽装置，包括：隔离组件，用于防止激光光束发生回溯；增益组件，所述增益组件的输入端与所述隔离组件的输出端连接，用于对所述激光光束的能量进行放大；啁啾体布拉格光栅，所述啁啾体布拉格光栅与所述增益组件连接，用于将能量放大后的所述激光光束进行脉冲展宽。
7.根据本技术实施例的脉冲展宽装置，至少具有如下有益效果：通过设置啁啾体布拉格光栅与隔离组件、增益组件配合，能够获得大展宽量的啁啾脉冲激光，并且啁啾体布拉格光栅体积小，能够简化装置的结构并缩小体积；此外，啁啾体布拉格光栅无需调节、损耗低，能够减少激光损耗。
8.根据本技术的一些实施例，还包括：控制组件，所述控制组件一端与所述隔离组件连接，另一端与所述增益组件连接，用于控制激光光束能量放大的次数与脉冲展宽的次数。
9.根据本技术的一些实施例，所述控制组件包括：第一薄膜偏振片，所述第一薄膜偏振片的一侧与所述隔离组件的输出端耦合连接；普克尔盒，所述普克尔盒的一端与所述第一薄膜偏振片的另一侧耦合连接；四分之一波片，所述四分之一波片的一侧与所述普克尔盒的另一端耦合连接；反射镜，与所述四分之一波片的另一侧耦合连接；泵浦镜，所述泵浦镜与所述第一薄膜偏振片的另一侧耦合连接。
10.根据本技术的一些实施例，还包括光源组件，所述光源组件包括：激光器，所述激光器与所述隔离组件的输入端连接，用于输出激光光束。
11.根据本技术的一些实施例，所述隔离组件包括：第二薄膜偏振片，所述第二薄膜偏振片的一侧与激光器的输出端耦合连接；法拉第旋光器，所述法拉第旋光器的一端与所述第二薄膜偏振片的另一侧耦合连接；半波片，所述半波片的一侧与所述法拉第旋光器另一
端耦合连接。
12.根据本技术的一些实施例，所述增益组件包括：半导体泵浦光源，用于为所述激光光束的放大提供能量；光纤，所述光纤一端与所述半导体泵浦光源的输出端连接；光束整形单元，所述光束整形单元一端与所述光纤的另一端连接；激光晶体，所述激光晶体的一端与所述光束整形单元的另一端耦合连接。
13.根据本技术的一些实施例，所述光束整形单元包括第一透镜，所述第一透镜与所述光纤耦合连接，用于对所述半导体泵浦光源输出的泵浦光进行准直；第二透镜，所述第二透镜与所述第一透镜耦合连接，用于对准直后的泵浦光进行聚焦以照射至所述激光晶体。
14.根据本技术的第二方面实施例的脉冲展宽系统，包括根据本技术上述第一方面实施例的脉冲展宽装置。
15.根据本技术实施例的脉冲展宽系统，至少具有如下有益效果：通过采用上述的脉冲展宽装置，能够引入大色散量、尽量对脉冲进行展宽，从而能够获得超高峰值功率超高能量的激光光束；同时，能够简化脉冲展宽系统的结构、缩小体积，便于使用。
16.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
17.下面结合附图和实施例对本技术做进一步的说明，其中：
18.图1为本技术实施例脉冲展宽装置的结构示意图；
19.图2为本技术实施例脉冲展宽装置的又一结构示意图；
20.图3为本技术实施例脉冲展宽装置的具体结构示意图。
21.附图标记：
22.隔离组件100、第二薄膜偏振片110、法拉第旋光器120、半波片130、增益组件200、半导体泵浦光源210、光纤220、光束整形单元230、第一透镜231、第二透镜232、激光晶体240、啁啾体布拉格光栅300、控制组件400、第一薄膜偏振片410、普克尔盒420、四分之一波片430、反射镜440、泵浦镜450、光源组件500、激光器510。
具体实施方式
23.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
24.在本技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
25.在本技术的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
26.本技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本技术中的具体含义。
27.本技术的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
28.下面参考图1描述根据本技术实施例的脉冲展宽装置。
29.如图1所示，根据本技术实施例的脉冲展宽装置，包括隔离组件100、增益组件200和啁啾体布拉格光栅300。
30.隔离组件100用于防止激光光束发生回溯；增益组件200的输入端与隔离组件100的输出端连接，用于对激光光束的能量进行放大；啁啾体布拉格光栅300与增益组件200连接，用于将能量放大后的激光光束进行脉冲展宽。
31.根据本技术实施例的脉冲展宽装置，通过设置啁啾体布拉格光栅300与隔离组件100、增益组件200配合，能够获得大展宽量的啁啾脉冲激光，并且啁啾体布拉格光栅300体积小，能够简化装置的结构并缩小体积；此外，啁啾体布拉格光栅300无需调节、损耗低，能够减少激光损耗。
32.例如，如图1所示，激光光束进入隔离组件100后，隔离组件100使得激光光束不会发生反射后重新进入种子源中，从而避免激光光束对种子源造成伤害；同时，隔离组件100还能够对输入、输出激光进行分离。经过隔离组件100的激光光束会进入增益组件200中进行能量放大，放大后的激光光束进入到啁啾体布拉格光栅300中进行展宽。相比于常用的展宽器，啁啾体布拉格光栅300具有体积小、损耗低、近乎免调节、稳定性好、成本低等优点，通过与隔离组件100、增益组件200配合能够获得大色散量，将激光脉冲的宽度展宽至10ns以上。
33.在本技术的一些实施例中，如图2所示，脉冲展宽装置还包括控制组件400，控制组件400一端与隔离组件100连接，另一端与增益组件200连接，用于控制激光光束能量放大的次数与脉冲展宽的次数。例如，控制组件400设置于隔离组件100与增益组件200之间，当激光光束通过隔离组件100进入控制组件400后，控制组件400对激光光束在脉冲展宽装置中往返的次数进行控制，即对激光光束能量放大的次数与脉冲展宽的次数进行控制。当获得的激光光束能量、脉冲宽度达到预设值时，则激光脉冲由隔离组件100导出。
34.在本技术的一些实施例中，如图2和图3所示，控制组件400包括第一薄膜偏振片410、普克尔盒420、四分之一波片430、反射镜440和泵浦镜450，第一薄膜偏振片410的一侧与隔离组件100的输出端耦合连接；普克尔盒420的一端与第一薄膜偏振片410的另一侧耦合连接；四分之一波片430的一侧与普克尔盒420的另一端耦合连接；反射镜440与四分之一波片430的另一侧耦合连接；泵浦镜450与第一薄膜偏振片410的另一侧耦合连接。
35.例如，激光光束通过隔离组件100后为水平偏振态，由第一薄膜偏振片410进入控制组件400，其中，第一薄膜偏振片410、普克尔盒420、四分之一波片430对激光光束往返的次数进行控制。当普克尔盒420接入电压后，相当于一个四分之一波片，与四分之一波片430
共同作用起到一个半波片的作用，激光光束通过普克尔盒420和四分之一波片430后偏振态不发生改变，继续传输至反射镜440，由反射镜440反射。反射后的激光光束依次经过四分之一波片430、普克尔盒420、第一薄膜偏振片410，由第一薄膜偏振片410反射至泵浦镜450，泵浦镜450将激光光束反射至啁啾体布拉格光栅300中进行脉冲展宽，展宽后的激光光束再次在控制组件400中进行传输。通过目标需要的啁啾脉冲持续时间来确定具体的脉冲展宽数，再根据脉冲展宽数确定激光光束往返次数。当激光光束达到目标放大次数后，去掉施加在普克尔盒420上的电压，激光光束的偏振态会发生改变，通过第一薄膜偏振片410进入隔离组件100中，由隔离组件100输出，从而得到了目标激光光束，实现了对激光光束的脉冲展宽。
36.在本技术的一些实施例中，如图2和图3所示，脉冲展宽装置包括光源组件500，光源组件500包括激光器510，激光器510与隔离组件100的输入端连接，用于输出激光光束。例如，激光器510与隔离组件100输入端耦合连接，激光器510发出的激光光束以水平偏振态进入隔离组件100中，由隔离组件100输出端以水平偏振态输出。当水平偏振态的激光光束由隔离组件100的输出端进入时，则偏振态会发生改变，从而以垂直偏振态输出。因此激光器510发出的光束不会反射至激光器510，从而避免了对激光器510造成伤害。
37.在本技术的一些实施例中，如图2和图3所示，隔离组件100包括第二薄膜偏振片110、法拉第旋光器120和半波片130，第二薄膜偏振片110的一侧与激光器510的输出端耦合连接；法拉第旋光器120的一端与第二薄膜偏振片110的另一侧耦合连接；半波片130的一侧与法拉第旋光器120另一端耦合连接。
38.其中，第二薄膜偏振片110允许水平偏振光通过，对垂直偏振光进行反射。激光器510发出的水平偏振态的激光光束会通过第二薄膜偏振片110，经过法拉第旋光器120、半波片130调制后，以水平偏振态的激光光束出射。脉冲展宽、能量放大的激光光束依次经过半波片130、法拉第旋光器120调制后，由水平偏振态变为垂直偏振态，垂直偏振态的激光光束会在第二薄膜偏振片110发生反射，从而输出调制后的激光光束。隔离组件100一方面起到隔离的作用，对激光器510起到保护作用，另一方面可以分离入射光和出射光。
39.在本技术的一些实施例中，如图2和图3所示，增益组件200包括半导体泵浦光源210、光纤220、光束整形单元230和激光晶体240，半导体泵浦光源210用于为激光光束的放大提供能量；光纤220一端与半导体泵浦光源210的输出端连接；光束整形单元230一端与光纤220的另一端连接；激光晶体240的一端与光束整形单元230的另一端耦合连接。
40.例如，半导体泵浦光源210与光束整形单元230之间通过光纤220进行连接，其中光纤220为泵浦传输光纤。半导体泵浦光源210发出泵浦光经过光纤220传输至光束整形单元230进行调制，光束整形单元230将调制后的泵浦光聚焦至激光晶体240上。泵浦光为激光晶体240造成能级数反转。当激光器510发出的激光光束经过激光晶体240时会发生受激辐射，从而实现能量放大。增益组件200能够补偿脉冲展宽装置的固有损耗以及激光光束通过啁啾体布拉格光栅300的损耗，并且能够提供毫焦量级的啁啾脉冲激光。
41.在本技术的一些实施例中，如图3所示，光束整形单元230包括第一透镜231和第二透镜232，第一透镜231与光纤220耦合连接，用于对半导体泵浦光源210输出的泵浦光进行准直；第二透镜232与第一透镜231耦合连接，用于对准直后的泵浦光进行聚焦以照射至激光晶体240。例如，半导体泵浦光源210发出的泵浦光发散角较大，通过第一透镜231对其进
行准直，准直后的泵浦光进入第二透镜232进行聚焦。聚焦后的泵浦光通过泵浦镜450后照射到激光晶体240，以给通过泵浦镜450进入啁啾体布拉格光栅300的激光光束提供能量，从而对激光光束能量进行放大。
42.在一些实施例中，本技术还提供了一种脉冲展宽系统，包括上述任一实施例中的脉冲展宽装置。
43.根据本技术实施例的脉冲展宽系统，通过采用上述的脉冲展宽装置，能够引入大色散量、尽量对脉冲进行展宽，从而能够获得超高峰值功率超高能量的激光光束；同时，能够简化脉冲展宽系统的结构、缩小体积，便于使用。
44.下面参考图1至图3以一个具体的实施例详细描述根据本技术实施例的脉冲展宽装置，值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本技术的具体限制。
45.如图1至图3所示，激光器510发出激光光束，水平偏振态的激光光束通过第二薄膜偏振片110后，经过法拉第旋光器120、半波片130调制后，以水平偏振态的激光光束进入控制组件400中。
46.控制组件400中的普克尔盒420接入电压，与四分之一波片430共同作用起到一个半波片的作用，激光光束通过普克尔盒420和四分之一波片430后偏振态不发生改变，继续传输至反射镜440，由反射镜440反射。反射后的激光光束依次经过四分之一波片430、普克尔盒420、第一薄膜偏振片410，由第一薄膜偏振片410反射至泵浦镜450，其中，泵浦镜450的作用是使泵浦光通过、将激光光束进行反射。泵浦镜450将激光光束反射至啁啾体布拉格光栅300中进行脉冲展宽，展宽后的激光光束再次在控制组件400中进行传输。
47.同时，半导体泵浦光源210发出的泵浦光经过光纤220传输至光束整形单元230进行调制，其中，光束整形单元230包括第一透镜231和第二透镜232。第一透镜231对泵浦光进行准直，准直后的泵浦光进入第二透镜232进行聚焦。聚焦后的泵浦光通过泵浦镜450后照射到激光晶体240，以给通过泵浦镜450进入啁啾体布拉格光栅300的激光光束提供能量。
48.通过目标需要的啁啾脉冲持续时间来确定具体的脉冲展宽数，再根据脉冲展宽数确定激光光束往返次数。当激光光束往返次数达到预设往返次数后，将施加在普克尔盒420上的电压去掉，经过啁啾体布拉格光栅300展宽后的激光光束通过泵浦镜450反射至第一薄膜偏振片410，再由第一薄膜偏振片410进行反射，反射后的激光光束依次通过普克尔盒420、四分之一波片430、反射镜440，在有反射镜440反射后一次通过四分之一波片430、普克尔盒420，由于此时普克尔盒420没有施加电压，激光光束的偏振态会变为水平偏振光。水平偏振光由第一薄膜偏振片410进入隔离组件100中，经过法拉第旋光器120、半波片130调制后变为垂直光束，经过第二薄膜偏振片110输出脉冲展宽后的激光光束。
49.根据本技术实施例的脉冲展宽装置，通过如此设置，可以达成至少如下的一些效果，通过设置啁啾体布拉格光栅300与隔离组件100、增益组件200配合，能够获得超高峰值功率、超高能量的激光脉冲，并且啁啾体布拉格光栅300体积小，能够简化装置的结构并缩小体积；此外，啁啾体布拉格光栅300无需调节、损耗低，能够减少激光损耗。
50.上面结合附图对本技术实施例作了详细说明，但是本技术不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本技术宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。