啁啾脉冲激光放大系统的光谱整形

图1是本公众号在两年前推送的PW级啁啾脉冲激光放大系统设计光路（详见2024年7月1日推文“用Holaser复原一个OPCPA激光系统的设计理念“）。

图1 相关文献对Vulcan OPCPA系统光路排布参数的报道

在图1光路设计的文献报道中，作者试图想用一种饱和OPCPA参量放大的形式来尽可能克制增益变窄和提取更多的激光能量，在原作者的设计中，该系统最终输出的激光脉冲波形是中部凹陷或是接近平顶的，具体如图2所示。

图2用Holaser对Vulcan OPCPA系统光路末级输出啁啾激光脉冲波形的模拟

突发好奇，如果用Holaser软件的逆向计算功能，是不是也可以为该Vulcan激光系统设计一个光谱预整形器，从而让它末级输出激光的波形满足一个标准的超高斯平顶分布形态，具体如图3所示，计算的条件如图4所示。

图3 用Holaser逆向计算Vulcan激光系统时用输出啁啾激光脉冲波形分布（注：波形为5阶超高斯分布，半高宽度0.5ns，半高谱宽50nm）

图4 用Holaser逆向计算Vulcan激光系统时用的初始激光参数（注：输出激光能量40J/脉宽0.5ns/光谱50nm/光束直径70mm，时间采样窗口1.2ns，采样率1024）

按图3和图4所示输出激光波形和计算参数，用Holaser逆向计算可得到图1所示光路注入端的啁啾激光脉冲波形如图5所示。

图5 当图1在输出图3所示方波时在放大系统前端需要注入的啁啾脉冲激光波形（注：中间的凹陷是由饱和OPCPA设计条件导致的，目的是增加带宽和降低增益变窄）

在图5中，利用弹出式菜单“激光光谱整形器传递函数”，就可以得到图1所示激光系统的光谱预整形传递函数，具体如图6-图11所示。

图6 点击图5的“激光光谱整形器传递函数”菜单后，首先弹出的整形后激光脉冲时间波形分布形态确认窗口

图7 关闭图6的整形后激光脉冲显示窗口后弹出的整形后激光脉冲频谱分布形态确认窗口

图8 关闭图7的整形后激光脉冲频谱分布形态确认窗口后弹出的整形前激光脉冲波形、能量、宽度、尺寸和空间分布参数的初始化窗口

图9 关闭图8的整形前激光参数输入窗口后弹出的整形前激光脉冲波形分布形态确认窗口（注：此时脉冲波形无论从宽度还是从幅度比较，整形前脉冲的参数都大于整形后输出脉冲的参数，说明整形前激光脉冲可以完全包裹整形后的激光脉冲）

图10 关闭图9的整形前激光脉冲显示窗口后弹出的整形前激光脉冲频谱分布特性显示窗口

图11 最后弹出的激光光谱预整形器的传递函数分布特性显示窗口（注：该光谱透过率曲线可以为啁啾脉冲激光的双折射光谱滤波器提供调试配置参数）