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啁啾體布拉格光柵(CVBG)在脈沖展寬與壓縮領(lǐng)域的應(yīng)用

--- 基于高損傷閾值CBG在飛秒激光中的應(yīng)用

供稿：昊量光電

前言：飛秒超快強(qiáng)激光技術(shù)是或得高功率飛秒光源的重要手段。自上世紀(jì)80年代，Mourou等人首次將雷達(dá)信號放大理論應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域，提出啁啾脈沖放大（CPA）技術(shù)概念以來，飛秒超快強(qiáng)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(shí)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(jìn)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(qiáng)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(guān)鍵技術(shù)就是色散補(bǔ)償問題，即脈沖展寬器與脈沖壓縮器的合理設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)原理：脈沖進(jìn)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(lán)光部分的光程比紅光部分長，這樣紅光就會(huì)先于藍(lán)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(huì)損傷光學(xué)元件且能避免脈沖光過強(qiáng)而產(chǎn)生的各種非線性效應(yīng)。

(2) 脈沖壓縮器設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)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(lǐng)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(jìn)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(diǎn)：體積較大、偏振敏感性強(qiáng)、光學(xué)設(shè)置復(fù)雜等。為了克服這些缺點(diǎn)，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(shè)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(shè)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(shí)驗(yàn)設(shè)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(dāng)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(shí)上，我們現(xiàn)在系統(tǒng)的平均功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于啁啾體布拉格光柵（CBG）的損傷閾值，因?yàn)檫斌w布拉格光柵（CBG）至可以承擔(dān)10¹¹W/cm²的功率密度(可參考CBG專利資料)。

下面是客戶較為關(guān)心的啁啾體布拉格光柵的相關(guān)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(dá)95% ；

如果需要更多詳細(xì)資料，可隨時(shí)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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