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啁啾體布拉格光柵(CVBG)在脈沖展寬與壓縮領域的應用

--- 基于高損傷閾值CBG在飛秒激光中的應用

供稿：昊量光電

前言：飛秒超快強激光技術(shù)是或得高功率飛秒光源的重要手段。自上世紀80年代，Mourou等人首次將雷達信號放大理論應用于光學領域，提出啁啾脈沖放大（CPA）技術(shù)概念以來，飛秒超快強激光技術(shù)就取得了很大的發(fā)展。啁啾脈沖放大（CPA）技術(shù)的核心思想是：為避免放大過程中，光脈沖能量超過元件的損傷閾值而損傷元件，同時又可以有效地從增益介質(zhì)中抽取能量，先將脈沖經(jīng)過展寬器展寬后再進入放大器中放大，從放大器中出來的脈沖再經(jīng)過壓縮器壓縮，這樣就可以得到短脈沖、高功率的飛秒脈沖。

根據(jù)啁啾脈沖放大原理，飛秒強激光脈沖系統(tǒng)主要由四部分組成：超短脈沖振蕩器、脈沖展寬器、脈沖放大器以及脈沖壓縮器。飛秒脈沖系統(tǒng)的關鍵技術(shù)就是色散補償問題，即脈沖展寬器與脈沖壓縮器的合理設計的問題。下面就簡單介紹一下飛秒激光系統(tǒng)中的脈沖展寬器和脈沖壓縮器：

(1) 脈沖展寬器設計原理：脈沖進入脈沖展寬器，經(jīng)過脈沖展寬器的光柵（CBG）衍射后，脈沖中不同頻率的光因衍射角不同而分散開，而衍射元件的放置又使脈沖的藍光部分的光程比紅光部分長，這樣紅光就會先于藍光離開脈沖展寬器，種子脈沖就得到了初始展寬，經(jīng)過展寬后的脈沖峰值功率低，這樣就不會損傷光學元件且能避免脈沖光過強而產(chǎn)生的各種非線性效應。

(2) 脈沖壓縮器設計原理：與脈沖展寬器正好相反，脈沖壓縮器是將已經(jīng)展寬的高能量光譜再壓縮回其初始的光譜狀態(tài)。這樣，就得到了短脈沖、高功率的飛秒脈沖。

那么如何獲取一個理想的脈沖展寬器和脈沖壓縮氣呢? 那么，啁啾體布拉格光柵（CBG）是一個良好的選擇。

啁啾體布拉格光柵是第一款可商業(yè)用于飛秒激光脈沖的展寬和壓縮的光柵產(chǎn)品。它是一種反射式布拉格光柵且周期沿著光傳播的方向逐漸變化。它還是目前超短飛秒脈沖激光領域能夠承受高脈沖能量和高功率的最小脈沖展寬器和脈沖壓縮器。

在目前的光柵市場中，傳統(tǒng)的刻痕光柵只能承受10W以下的平均功率，而光纖光柵也不能承受較高的功率密度。所以，現(xiàn)在的高功率啁啾脈沖放大（CPA）多依賴于電介質(zhì)衍射光柵進行脈沖的壓縮。但是，這種電介質(zhì)光柵仍然具有與傳統(tǒng)光柵同樣的缺點：體積較大、偏振敏感性強、光學設置復雜等。為了克服這些缺點，就需要重新尋找一款新型的脈沖展寬器和壓縮器。終于，科研工作者通過對高分子材料——光敏玻璃（Photo-Thermo-Refractive glass簡稱 PTR）的加工，成功的研制出了大孔徑啁啾體布拉格光柵（CBG 上海昊量光電設備有限公司-中國地區(qū)代理商）用于啁啾放大技術(shù)（CPA）的脈沖的展寬和脈沖的壓縮?；谶斌w布拉格光柵（CBG）（上海昊量光電-中國區(qū)域代理商）設置的高功率光纖啁啾脈沖放大（CPA）系統(tǒng)如圖1所示：

圖1 高功率光纖CPA放大系統(tǒng)的實驗設置圖

隨著技術(shù)的共同性，國內(nèi)的一些科研工作者們也逐漸開始用這種新型的啁啾體布拉格光柵（CBG）用于脈沖的展寬和脈沖的壓縮，并且得到很好的效果。具啁啾體布拉格光柵（CBG）產(chǎn)品及工作原理圖如圖（2）和圖（3）所示。

圖2 啁啾體布拉格光柵產(chǎn)品

圖3 脈沖的展寬與壓縮（種子光從一側(cè)射入可展寬，另一側(cè)則壓縮）

2008年，我們在啁啾體布拉格光柵（CBG）充當脈沖展寬器和脈沖壓縮器的光纖啁啾脈沖放大（CPA）系統(tǒng)中已經(jīng)成功的演示了最常用的兩種波長：1.55um和1um.在1050nm處，我們用具有75%反射率的啁啾體布拉格光柵（CBG）作為脈沖展寬器和脈沖壓縮器在光纖啁啾脈沖放大（CPA）系統(tǒng)中得到了平均功率75W、脈沖寬度為650fs的激光脈沖。事實上，我們現(xiàn)在系統(tǒng)的平均功率遠遠低于啁啾體布拉格光柵（CBG）的損傷閾值，因為啁啾體布拉格光柵（CBG）至可以承擔10¹¹W/cm²的功率密度(可參考CBG專利資料)。

下面是客戶較為關心的啁啾體布拉格光柵的相關情況：

(光敏玻璃)PTR LIDT: >10J/cm² (1064nm ,10ns pluse)；

可承受功率密度：10¹¹W/cm² ;

可承受溫度： 400℃；

波長范圍：350nm ~2700nm ;

衍射效率：高達95% ；

如果需要更多詳細資料，可隨時聯(lián)系我們。您可以通過我們的官方網(wǎng)站了解更多的

啁啾體布拉格光柵(CBG)產(chǎn)品信息，或直接來電咨詢021-34241962。

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