1.一种重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置,自啁啾激光脉冲放大cpa系统依次包括振荡器、展宽器、放大器组和压缩器组;其中,放大器组中至少包含两个放大器分别为第一放大器和第二放大器,第一放大器之后为第二放大器;压缩器组包括第一压缩器和第二压缩器;振荡器产生超短脉冲作为种子源,种子源经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长激光脉冲,从展宽器出来的脉冲的偏振状态为水平偏振;再进入放大器组放大能量,获得高能量激光脉冲;高能量激光脉冲最后通过压缩器组将脉冲的时间尺度压缩,其特征在于,所述重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置包括:在cpa系统中加入分光回光器和分光器;展宽器位于分光回光器中;在第一放大器和第二放大器之间放置分光器;
分光回光器具有分光和选择性回光功能,分光为时域分光,即将不同时间的脉冲在空间上分开,分光回光器包括:第一普克尔盒、第二普克尔盒、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜、第一平面反射镜和第二平面反射镜;其中,第一普克尔盒和第二普克尔盒为电光器件,在0电压表现为全波片,对脉冲的偏振状态没有影响,施加半波电压时,叠加的光学性质表现为半波片,使脉冲的偏振状态旋转90°,通过控制第一和第二普克尔盒的电压,实现调控脉冲的偏振状态;第一偏振分光镜和第二偏振分光镜为水平偏振的脉冲透过,垂直偏振的脉冲反射;
分光器包括第三普克尔盒以及第三偏振分光镜,其中,第三偏振分光镜为水平偏振的脉冲透过,垂直偏振的脉冲反射,第三普克尔盒在0电压表现为全波片,对脉冲的偏振状态没有影响,施加半波电压时,叠加的光学性质表现为半波片,使脉冲的偏振状态旋转90°;
初始脉冲为周期性脉冲,对第一至第三普克尔盒施加高压为周期性加压,其周期为脉冲的周期的二倍,施加高压为半波电压;对第一普克尔盒和第二普克尔盒的加压时刻和加压时长相同,即对于第一普克尔盒和第二普克尔盒加压的初始时刻t0相同,经过相同的加压时长δt,即在时刻t0+δt时刻,对第一普克尔盒和第二普克尔盒撤除高压;第三普克尔盒施加高压的周期与第一和第二普克尔盒施加高压的周期相同;
振荡器输出第一脉冲,初始的第一脉冲为水平偏振,第一脉冲经过第二偏振分光镜透射后进入第二普克尔盒,第一脉冲在经过第二普克尔盒时,此时第二普克尔盒未施加半波电压,第二普克尔盒表现为全波片,对第一脉冲的偏振状态没有影响,第一脉冲从第二普克尔盒输出,第一脉冲进入展宽器时为水平偏振,从展宽器输出仍为水平偏振,在第一脉冲经过第二普克尔盒后且进入第一普克尔盒前对第一普克尔盒开始施加半波电压,第一脉冲经过第一普克尔盒时,第一普克尔盒表现为半波片,经过第一普克尔盒输出,第一脉冲的偏振状态由水平偏振变为竖直偏振,从第一普克尔盒输出的竖直偏振的第一脉冲经过第一偏振分光镜反射,再经第一平面反射镜和第二平面反射镜反射后回到第二偏振分光镜,第一脉冲此时回到第二偏振分光镜的传播方向与第一脉冲第一次经过第二偏振分光镜的传播方向垂直,此时第一脉冲的偏振状态为竖直偏振,第二偏振分光镜对竖直偏振的第一脉冲反射,反射后的第一脉冲至第二普克尔盒时,此时第二普克尔盒已经施加半波电压,第二普克尔盒表现为半波片,经过第二普克尔盒后的第一脉冲的偏振状态由竖直偏振变为水平偏振,第一脉冲经过展宽器进行再次展宽后,输出仍为水平偏振,在第一脉冲第二次经过第二普克尔盒后且第二次进入第一普克尔盒前对第一普克尔盒撤除高压,第一脉冲再次进入第一普克尔盒时,此时第一普克尔盒的高压已撤除,第一普克尔盒表现为全波片,对偏振状态没有影响,再次经过第一普克尔盒出射的第一脉冲为水平偏振,水平偏振的第一脉冲经过第一偏振分光镜透射,传输进入第一放大器,从而第一脉冲经过两次展宽器进行展宽;
第一脉冲经过第一放大器放大后,改变第一脉冲的偏振状态,使得变为竖直偏振,在第一脉冲进入第三普克尔盒前,对第三普克尔盒施加半波电压,竖直偏振的第一脉冲经过第三普克尔盒时,此时第三普克尔盒已经施加半波电压,第三普克尔盒表现为半波片,经过第三普克尔盒出射的第一脉冲的偏振状态由竖直偏振变为水平偏振,在第一脉冲经过第三普克尔盒后且在第二脉冲经过第三普克尔盒前,对第三普克尔盒撤除高压,水平偏振的第一脉冲经过第三偏振分光镜透射,进入第二放大器,再经过第二压缩器进行压缩;
第二脉冲从振荡器输出后,水平偏振的第二脉冲经过第二偏振分光镜透射至第二普克尔盒时,此时第二普克尔盒未施加高压,第二普克尔盒表现为全波片,对第二脉冲的偏振状态没有影响,第二脉冲从第二普克尔盒输出进入展宽器时为水平偏振,从展宽器输出的第二脉冲仍为水平偏振,第二脉冲经过第一普克尔盒时,此时第一普克尔盒未施加高压,第一普克尔盒表现为全波片,第二脉冲经过第一普克尔盒后偏振状态不变,仍然为水平偏振该,水平偏振的第二脉冲经过第一偏振分光镜透射,传输进入第一放大器,第二脉冲仅经过一次展宽器进行展宽;
第二脉冲经过第一放大器放大后,改变第二脉冲的偏振状态,使得变为竖直偏振,竖直偏振的第二脉冲经过第三普克尔盒时,此时第三普克尔盒未施加高压,第三普克尔盒表现为全波片,第二脉冲的偏振状态不变,仍然为竖直偏振,竖直偏振的第二脉冲从第三普克尔盒输出至第三偏振分光镜,经第三偏振分光镜反射进入第一压缩器进行压缩;
从而实现将一套cpa系统同时输入到多个靶场使用,提高激光的使用率。
2.如权利要求1所述的重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置,其特征在于,所述第一普克尔盒和第二普克尔盒施加高压的时间δt大于第一脉冲第一次经过第一普克尔盒的时刻到第二次经过第二普克尔盒的时刻的时间差,且小于第一脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻与第一脉冲第二次经过第一普克尔盒的时刻的时间差。
3.如权利要求1所述的重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置,其特征在于,所述第一普克尔盒和第二普克尔盒的上升时间小于第一脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻与第一次经过第一普克尔盒的时刻的差,这段时间是第一脉冲第一次在展宽器中传输的时间;第一普克尔盒和第二普克尔盒的下降时间小于第一脉冲第二次经过第二普克尔盒的时刻与第二次经过第一普克尔盒的时刻的差,这段时间是第一脉冲第二次在展宽器中传输的时间。
4.如权利要求3所述的重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置,其特征在于,所述第一和第二普克尔盒的上升时间与下降时间均小于2ns,脉冲在展宽器中的传输时间大于10ns。
5.如权利要求1所述的重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置,其特征在于,脉冲从第一偏振分光镜经过第一和第二平面反射镜传输回到第二偏振分光镜的时间小于5ns,第一和第二普克尔盒施加高压的时间大于6ns且小于20ns。
6.一种如权利要求1所述的重频啁啾脉冲放大激光时域分光的装置的实现方法,其特征在于,所述实现方法包括以下步骤:
1)在cpa系统中,将展宽器位于分光回光器中,在第一放大器和第二放大器之间放置分光器;
a)分光回光器具有分光和选择性回光功能,分光为时域分光,即将不同时间的脉冲空间分开,分光回光器包括:第一普克尔盒、第二普克尔盒、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜、第一平面反射镜和第二平面反射镜;其中,第一普克尔盒和第二普克尔盒为电光器件,在0电压表现为全波片,对脉冲的偏振状态没有影响,施加半波电压时,叠加的光学性质表现为半波片,使脉冲的偏振状态旋转90°,通过控制第一和第二普克尔盒的电压,实现调控脉冲的偏振状态;第一偏振分光镜和第二偏振分光镜为水平偏振的脉冲透过,垂直偏振的脉冲反射;
b)分光器包括第三普克尔盒以及第三偏振分光镜,其中,第三偏振分光镜为水平偏振的脉冲透过,垂直偏振的脉冲反射,第三普克尔盒在0电压表现为全波片,对脉冲的偏振状态没有影响,施加半波电压时,叠加的光学性质表现为半波片,使脉冲的偏振状态旋转90°;
2)设定时序参数:
初始脉冲为周期性脉冲,对第一普克尔盒和第二普克尔盒施加高压为周期性加压,其周期为脉冲的周期的二倍,施加高压为半波电压,并且第一普克尔盒和第二普克尔盒的加压时刻和加压时长相同,即对于第一普克尔盒和第二普克尔盒加压的初始时刻t0相同,经过相同的加压时长δt,即在时刻t0+δt时刻,第一普克尔盒和第二普克尔盒不再施加高压;第三普克尔盒施加高压的周期与第一和第二普克尔盒施加高压的周期相同;
3)振荡器输出第一脉冲,初始的第一脉冲为水平偏振,第一脉冲经过第二偏振分光镜透射后进入第二普克尔盒,第一脉冲在经过第二普克尔盒时,此时第二普克尔盒未施加半波电压,第二普克尔盒表现为全波片,对第一脉冲的偏振状态没有影响,第一脉冲从第二普克尔盒输出,第一脉冲进入展宽器时为水平偏振,从展宽器输出仍为水平偏振,在第一脉冲经过第二普克尔盒后且进入第一普克尔盒前对第一普克尔盒开始施加半波电压,第一脉冲经过第一普克尔盒时,第一普克尔盒表现为半波片,经过第一普克尔盒输出,第一脉冲的偏振状态由水平偏振变为竖直偏振,从第一普克尔盒输出的竖直偏振的第一脉冲经过第一偏振分光镜反射,再经第一平面反射镜和第二平面反射镜反射后回到第二偏振分光镜,第一脉冲此时回到第二偏振分光镜的传播方向与第一脉冲第一次经过第二偏振分光镜的传播方向垂直,此时第一脉冲的偏振状态为竖直偏振,第二偏振分光镜对竖直偏振的第一脉冲反射,反射后的第一脉冲至第二普克尔盒时,此时第二普克尔盒已经施加半波电压,第二普克尔盒表现为半波片,经过第二普克尔盒后的第一脉冲的偏振状态由竖直偏振变为水平偏振,第一脉冲经过展宽器进行再次展宽后,输出仍为水平偏振,在第一脉冲第二次经过第二普克尔盒后且第二次进入第一普克尔盒前对第一普克尔盒撤除高压,第一脉冲再次进入第一普克尔盒时,此时第一普克尔盒的高压已撤除,第一普克尔盒表现为全波片,对偏振状态没有影响,再次经过第一普克尔盒出射的第一脉冲为水平偏振,水平偏振的第一脉冲经过第一偏振分光镜透射,传输进入第一放大器,从而第一脉冲经过两次展宽器进行展宽;
4)第一脉冲经过第一放大器放大后,改变第一脉冲的偏振状态,使得变为竖直偏振,在第一脉冲进入第三普克尔盒前,对第三普克尔盒施加半波电压,竖直偏振的第一脉冲经过第三普克尔盒时,此时第三普克尔盒已经施加半波电压,第三普克尔盒表现为半波片,经过第三普克尔盒出射的第一脉冲的偏振状态由竖直偏振变为水平偏振,在第一脉冲经过第三普克尔盒后且在第二脉冲经过第三普克尔盒前,对第三普克尔盒撤除高压,水平偏振的第一脉冲经过第三偏振分光镜透射,进入第二放大器,再经过第二压缩器进行压缩;
5)第二脉冲从振荡器输出后,水平偏振的第二脉冲经过第二偏振分光镜透射至第二普克尔盒时,此时第二普克尔盒未施加高压,第二普克尔盒表现为全波片,对第二脉冲的偏振状态没有影响,第二脉冲从第二普克尔盒输出进入展宽器时为水平偏振,从展宽器输出的第二脉冲仍为水平偏振,第二脉冲经过第一普克尔盒时,此时第一普克尔盒未施加高压,第一普克尔盒表现为全波片,第二脉冲经过第一普克尔盒后偏振状态不变,仍然为水平偏振该,水平偏振的第二脉冲经过第一偏振分光镜透射,传输进入第一放大器,第二脉冲仅经过一次展宽器进行展宽;
6)第二脉冲经过第一放大器放大后,改变第二脉冲的偏振状态,使得变为竖直偏振,竖直偏振的第二脉冲经过第三普克尔盒时,此时第三普克尔盒未施加高压,第三普克尔盒表现为全波片,第二脉冲的偏振状态不变,仍然为竖直偏振,竖直偏振的第二脉冲从第三普克尔盒输出至第三偏振分光镜,经第三偏振分光镜反射进入第一压缩器进行压缩;从而实现将一套cpa系统同时输入到多个靶场使用,提高激光的使用率。
7.如权利要求6所述的实现方法,其特征在于,在步骤2)中,第一普克尔盒和第二普克尔盒施加高压的时间δt大于第一脉冲第一次经过第一普克尔盒的时刻到第二次经过第二普克尔盒的时刻的时间差,且小于第一脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻与第一脉冲第二次经过第一普克尔盒的时刻的时间差;第一普克尔盒和第二普克尔盒的上升时间小于第一脉冲第一次经过第二普克尔盒的时刻与第一次经过第一普克尔盒的时刻的差,这段时间是第一脉冲第一次在展宽器中传输的时间;第一普克尔盒和第二普克尔盒的下降时间小于第一脉冲第二次经过第二普克尔盒的时刻与第二次经过第一普克尔盒的时刻的差,这段时间是第一脉冲第二次在展宽器中传输的时间。
8.如权利要求7所述的实现方法,其特征在于,第一和第二普克尔盒的上升时间与下降时间均小于2ns,脉冲在展宽器中的传输时间大于10ns。
9.如权利要求7所述的实现方法,其特征在于,脉冲从第一偏振分光镜经过第一和第二平面反射镜传输回到第二偏振分光镜的时间小于5ns,第一和第二普克尔盒施加高压的时间大于6ns且小于20ns。
10.如权利要求6所述的实现方法,其特征在于,在步骤4)中,第三普克尔盒施加半波电压的时间为δt1,满足δt1>10ns;第三普克尔盒的上升时间和下降时间均小于20ns。