角多路技术在准分子激光放大器中的应用

对于准分子激光放大器，由于激活介质的上能态储能时间很短，必须连续补充瞬态储能(Em)才能获得高能输出，即E=EmT/t，其中T是增益时间，t是增益恢复时间。对于电子束泵浦的准分子激光放大器，增益时间可以长达200ns，T/t≈100，这意味着对于单个要放大的短脉冲，只能提取出很小一部分能量。为了持续提取出放大器中的储能，通常使用光学多路编码技术 。

光学多路编码技术使用脉冲串来提取放大器中的能量，并使得每个脉冲通过放大器时都工作在最佳状态。要放大的短脉冲通过分束得到多个脉冲，再通过适当的编码器得到一个脉冲串，脉冲之间的间隔一般与放大器增益恢复时间相同。短脉冲信号放大之后，经过与编码器相反的解码器，将脉冲串再合成为一个单独的短脉冲，如图1(a)所示。对于在ns量级以上的短脉冲信号，脉冲之间重合精度可以控制在几十ps，即各路之间的光程差在cm量级。对于快点火过程要求使用的超短脉冲或者激波点火要求的整形脉冲中有特别的尖峰结构，就必须使用特殊的光路形式，如赛格纳克干涉仪结构，结合几何分光、物理分光和偏振分光，能够实现相干合束，如图1(c)所示 。

图1 光学多路编码与解码示意图

对于大型准分子激光系统，要编码的脉冲数量在几十路以上，为了达到提取放大器能量并实现合束，使用了角多路编码技术，基本原理如图2所示。这种编码技术是在多路编码技术的基础上进一步将各个脉冲在空间上以不同的角度分开。一般情况下，编码和解码过程分别进行，需要大量的分束片和反射镜，激光传输的距离很长，冗长的光路对于系统的规模控制和稳定运行都非常不利。

图2 光学角多路编码技术原理图

由于经过放大器后，各路激光能量都很高，解码光路无法用介质波导等传输信号的光学元件来代替，所以首先可以考虑简化编码光路的结构。从理论上来讲，编码过程可以有多种选择方式，如利用光纤来实现分束和必要的时间延迟，但是对于高功率准分子激光系统，激光波长都在深紫外波段，在这个波段的光纤还不能完全满足实用要求。另外，为了减少编码的空间光路长度，可以使用多台激光振荡源，不同振荡源之间按照固定的延迟同步动作，即利用电学延迟来部分实现角多路编码的功能，这在编码路数很多还要保持系统规模较小的情况下，是一种可以考虑的技术方案。