啁啾体布拉格光栅在超快激光领域的应用

  本文摘要：飞秒超快强劲激光技术是或得高功率飞秒光源的最重要手段。自上世纪80年代，Mourou等人首次将雷达信号缩放理论应用于光学领域，明确提出啁啾脉冲缩放（CPA）技术概念以来，飞秒超快强劲激光技术就获得了相当大的发展。啁啾脉冲缩放（CPA）技术的核心思想是：为防止缩放过程中，光脉冲能量多达元件的受损阈值而受损元件，同时又可以有效地从增益介质中提取能量，再行将脉冲经过展宽器展宽后再行转入放大器中缩放，从放大器中出来的脉冲再行经过压缩器传输，这样就可以获得较短脉冲、高功率的飞秒脉冲。

飞秒超快强劲激光技术是或得高功率飞秒光源的最重要手段。自上世纪80年代，Mourou等人首次将雷达信号缩放理论应用于光学领域，明确提出啁啾脉冲缩放（CPA）技术概念以来，飞秒超快强劲激光技术就获得了相当大的发展。啁啾脉冲缩放（CPA）技术的核心思想是：为防止缩放过程中，光脉冲能量多达元件的受损阈值而受损元件，同时又可以有效地从增益介质中提取能量，再行将脉冲经过展宽器展宽后再行转入放大器中缩放，从放大器中出来的脉冲再行经过压缩器传输，这样就可以获得较短脉冲、高功率的飞秒脉冲。

　　根据啁啾脉冲缩放原理，飞秒强劲激光脉冲系统主要由四部分构成：非同脉冲振荡器、脉冲展宽器、脉冲放大器以及脉冲压缩器。飞秒脉冲系统的关键技术就是色散补偿问题，即脉冲展宽器与脉冲压缩器的合理设计的问题。

下面就非常简单讲解一下飞秒激光系统中的脉冲展宽器和脉冲压缩器：　　(1)脉冲展宽器设计原理：脉冲转入脉冲展宽器，经过脉冲展宽器的光栅（CBG）散射后，脉冲中有所不同频率的光因衍射角有所不同而集中进，而散射元件的摆放又使脉冲的蓝光部分的光程比红光部分宽，这样红光就不会迟至蓝光离开了脉冲展宽器，种子脉冲就获得了初始展宽，经过展宽后的脉冲峰值功率较低，这样就会受损光学元件且能避免脉冲光不强而产生的各种非线性效应。　　(2)脉冲压缩器设计原理：与脉冲展宽器正好忽略，脉冲压缩器是将早已展宽的高能量光谱再压缩返其初始的光谱状态。这样，就获得了短脉冲、高功率的飞秒脉冲。

　　那么如何提供一个理想的脉冲展宽器和脉冲传输气呢?那么，啁啾体布拉格光栅（CBG）是一个较好的自由选择。　　啁啾体布拉格光栅是第一款可商业用作飞秒激光脉冲的展宽和传输的光栅产品。

它是一种反射式布拉格光栅且周期沿着光传播的方向渐渐变化。它还是目前非同飞秒脉冲激光领域需要忍受低脉冲能量和高功率的大于脉冲展宽器和脉冲压缩器。　　在目前的光栅市场中，传统的刻痕光栅不能忍受10W以下的平均功率，而光纤光栅也无法忍受较高的功率密度。

所以，现在的高功率啁啾脉冲缩放（CPA）多依赖电介质散射光栅展开脉冲的传输。但是，这种电介质光栅依然具备与传统光栅某种程度的缺点：体积较小、偏振敏感性强劲、光学设置简单等。为了解决这些缺点，就必须新的找寻一款新型的脉冲展宽器和压缩器。

再一，科研工作者通过对高分子材料——光敏玻璃（Photo-Thermo-Refractiveglass全称PTR）的加工，顺利的研制出了大孔径啁啾体布拉格光栅（CBG上海昊量光电设备有限公司-中国地区代理商）用作啁啾缩放技术（CPA）的脉冲的展宽和脉冲的传输。基于啁啾体布拉格光栅（CBG）（上海昊量光电-中国区域代理商）设置的高功率光纤啁啾脉冲缩放（CPA）系统如图1右图：　　图1高功率光纤CPA缩放系统的实验设置图　　随着技术的共同性，国内的一些科研工作者们也渐渐开始用这种新型的啁啾体布拉格光栅（CBG）用作脉冲的展宽和脉冲的传输，并且获得很好的效果。不具啁啾体布拉格光栅（CBG）工作原理图如图（2）右图。

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