阅读说明：本技术 脉冲激光器及激光系统 (Pulse laser and laser system ) 是由 郭晓杨 何会军 林庆典 余军 朱文涛 周沧涛 阮双琛 于 2020-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种脉冲激光器及激光系统,其中,脉冲激光器,包括：脉冲光源,用于产生初始激光脉冲；展宽器,与所述脉冲光源进行耦合连接,用于对所述初始激光脉冲进行脉冲展宽以生成第一激光脉冲；脉冲选择器,与所述展宽器耦合连接,用于对所述第一激光脉冲进行选择并获取第二激光脉冲；冷冻真空放大器,与所述脉冲选择器耦合连接,用于所述第二激光脉冲进行放大；脉冲压缩器,与所述冷冻真空放大器耦合连接,用于对所述第二激光脉冲进行压缩并生成目的激光脉冲。本发明实施例中的脉冲激光器可提供高重复频率、超强功率的超短脉冲。(The invention discloses a pulse laser and a laser system, wherein the pulse laser comprises: a pulsed light source for generating an initial laser pulse; a stretcher coupled to the pulsed light source for pulse stretching the initial laser pulses to generate first laser pulses; the pulse selector is coupled with the stretcher and used for selecting the first laser pulse and acquiring a second laser pulse; the freezing vacuum amplifier is coupled with the pulse selector and used for amplifying the second laser pulse; and the pulse compressor is coupled with the freezing vacuum amplifier and used for compressing the second laser pulse and generating a target laser pulse. The pulse laser in the embodiment of the invention can provide ultrashort pulses with high repetition frequency and ultra-strong power.)

脉冲激光器及激光系统

技术领域

本发明涉及激光脉冲技术领域，尤其是涉及一种脉冲激光器及激光系统。

背景技术

随着激光技术不断发展，超强超短激光系统的峰值功率可达到拍瓦(10¹⁵W)量级，而被广泛应用于超强场激光物质相互作用的实验中，例如超短X射线辐射、高次谐波的产生、激光尾波场粒子加速和快点火激光核聚变等。

在相关技术中，超强超短激光系统一般使用Ti:Sapphire晶体做激光晶体，然而Ti:Sapphire晶体的上能级寿命短，致使电光效率较低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种脉冲激光器，能够提供高重复频率、超强功率的超短脉冲。

本发明还提出一种具有上述脉冲激光器的激光系统。

根据本发明的第一方面实施例的脉冲激光器，包括：脉冲光源，用于产生初始激光脉冲；展宽器，与所述脉冲光源进行耦合连接，用于对所述初始激光脉冲进行脉冲展宽以生成第一激光脉冲；脉冲选择器，与所述展宽器耦合连接，用于对所述第一激光脉冲进行选择并获取第二激光脉冲；再生放大器，与所述脉冲选择器耦合连接，用于对所述第二激光脉冲进行脉冲放大；冷冻真空放大器，与所述脉冲选择器耦合连接，用于所述第二激光脉冲进行放大；脉冲压缩器，与所述冷冻真空放大器耦合连接，用于对所述第二激光脉冲进行压缩并生成目的激光脉冲。

根据本发明实施例的脉冲激光器，至少具有如下有益效果：通过脉冲光源提供初始激光脉冲，展宽器根据初始激光脉冲的波长将初始激光脉冲展开并形成脉冲序列。脉冲选择器根据预设参数在脉冲序列中选择待放大激光脉冲，通过再生放大器将待放大激光脉冲进行放大预设值后，将待放大激光脉冲传输至冷冻真空放大器中，并待放大激光脉冲进行二次放大。待放大激光脉冲完成放大处理后生成待压缩激光脉冲，脉冲压缩器对待压缩激光脉冲进行压缩，并生成目的激光脉冲。

根据本发明的一些实施例，还包括：脉冲选择控制器，与所述脉冲选择器连接，用于控制所述脉冲选择器；

根据本发明的一些实施例，所述冷冻真空放大器包括：第一激光窗口片；第三激光晶体，与所述第一激光窗口片耦合连接；低温控制器，与所述第三激光晶体连接，用于控制所述第三激光晶体的温度；第三泵浦装置，与所述第三激光晶体耦合连接，用于对所述第三激光晶体进行激励；第二激光窗口片，与所述第三激光晶体耦合连接；其中，所述第一激光窗口片与所述第二激光窗口片相对设置，以限定一放大腔体。

根据本发明的一些实施例，所述第三激光晶体为Yb:KGW晶体。

根据本发明的一些实施例，所述脉冲选择器包括：第一偏振片，用于接收所述第一激光脉冲；第一半波片，与所述第一偏振片耦合连接，用于对所述第一激光脉冲进行相位调节并成第一偏振脉冲；偏振态旋转器，与所述第一半波片耦合连接，用于对所述第一偏振脉冲的偏振态进行偏振处理并生成所述第二激光脉冲；第二偏振片，与所述偏振态旋转器耦合连接，用于对所述第二激光脉冲的偏振态和\或传播方向进行调节。

根据本发明的一些实施例，所述脉冲选择器还包括：第一四分之一波片，用于对所述第二激光脉冲进行相位调节；普克耳盒，与所述第一四分之一波片耦合连接，用于对所述第二激光脉冲进行相位调节；第一高反镜，与所述普克耳盒耦合连接，对所述第二激光脉冲进行反射。

根据本发明的一些实施例，所述再生放大器还包括：第一泵浦装置，用于对所述第二激光脉冲进行第一放大处理；第二泵浦装置，与所述第一泵浦装置耦合连接，用于对所述第二激光脉冲进行第二放大处理。

根据本发明的一些实施例，所述第一泵浦装置包括：第一激光晶体；第一双色镜，与所述第一激光晶体耦合连接；第一凸透镜组，与所述第一双色镜耦合连接，设置于所述第一双色镜远离所述第一激光晶体的一侧；第一泵浦光纤，与所述第一凸透镜组耦合连接；第一半导体泵浦源，与所述第一泵浦光纤耦合连接，用于对所述第一激光晶体进行激励；所述第二泵浦装置包括：第二激光晶体；第二双色镜，与所述第二激光晶体耦合连接；第二凸透镜组，与所述第二双色镜耦合连接，设置于所述第二双色镜远离所述第二激光晶体的二侧；第二泵浦光纤，与所述第二凸透镜组耦合连接；第二半导体泵浦源，与所述第二泵浦光纤耦合连接，用于对所述第二激光晶体进行激励。

根据本发明的一些实施例，所述脉冲压缩器包括：第一脉冲压缩器，与所述冷冻真空放大器耦合连接，用于对所述第二激光脉冲进行压缩处理并生成第一目标脉冲；第二脉冲压缩器，与所述第一脉冲压缩器耦合连接，用于对所述第一目标脉冲进行非线性压缩处理并生成第二目标脉冲。

根据本发明的第二方面实施例的激光系统，包括上述任一实施例中的脉冲激光器。

根据本发明实施例的激光系统，至少具有如下有益效果：通过使用上述脉冲激光器，以向激光系统提供具有高重复频率、超强功率的超短脉冲。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例中的脉冲激光器的结构示意图；

图2是本发明一实施例中的脉冲选择器及再生放大器的结构示意图；

图3是本发明一实施例中的冷冻真空放大器的结构示意图。

附图标记：

100、脉冲光源；200、隔离器；300、展宽器；410、脉冲选择控制器；420、脉冲选择器；500、再生放大器；700、冷冻真空放大器；800、脉冲压缩器；801、第一脉冲压缩器；802、第二脉冲压缩器；421、第一偏振片；422、第一半波片；423、偏振态旋转器；424、第二偏振片；425、第一四分之一波片；426、普克耳盒；427、第一高反镜；501、第一半导体泵浦源；502、第一泵浦光纤；503、第一凸透镜组；504、第一双色镜；505、第一激光晶体；506、第二半导体泵浦源；507、第二泵浦光纤；508、第二凸透镜组；509、第二双色镜；510、第二激光晶体；511、第四高反镜；512、第二高反镜；513、第三高反镜；514、第四高反镜；600、泵浦源；701、第一激光窗口片；702、第三激光晶体；703、第二激光窗口片；704、低温控制器；705、第三双色镜；706、第三四分之一波片；707、第二腔体反射镜；708、凸透镜组；709、第三传输光纤；710、第三泵浦装置；711、第一腔体反射镜。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1，脉冲激光器包括：脉冲光源100，用于产生初始激光脉冲；展宽器300，与脉冲光源100进行耦合连接，用于对初始激光脉冲进行脉冲展宽以生成第一激光脉冲；脉冲选择器420，与展宽器300耦合连接，用于对第一激光脉冲进行选择并获取第二激光脉冲；再生放大器500，与脉冲选择器420耦合连接，用于对第二激光脉冲进行脉冲放大；冷冻真空放大器700，与脉冲选择器420耦合连接，用于第二激光脉冲进行放大；脉冲压缩器800，与冷冻真空放大器700耦合连接，用于对第二激光脉冲进行压缩并生成目的激光脉冲。

通过脉冲光源100提供初始激光脉冲，展宽器300根据初始激光脉冲的波长将初始激光脉冲展开并形成第一激光脉冲(脉冲序列)。脉冲选择器420根据预设参数在脉冲序列中选择待放大的激光脉冲，并将待放大的激光脉冲传输至冷冻真空放大器700中，以对待放大激光脉冲进行放大。待放大激光脉冲完成放大处理后生成待压缩激光脉冲，脉冲压缩器800对待压缩激光脉冲进行压缩，并生成目的激光脉冲。其中，脉冲压缩器800将放大后的第二激光脉冲按光谱重新汇聚，并恢复脉冲宽度，从而形成高瞬时功率的飞秒激光脉冲。

脉冲选择器根据预设参数在脉冲序列中选择待放大激光脉冲，通过再生放大器将待放大激光脉冲进行放大预设值后，将待放大激光脉冲传输至冷冻真空放大器中，并待放大激光脉冲进行二次放大。

在一些实施例中，脉冲光源100可为飞秒脉冲光源100，用于提供飞秒脉冲。例如，脉冲光源100为锁模光纤飞秒激光器，可输出飞秒激光脉冲，飞秒激光脉冲的脉冲功率可为约1nJ、脉冲宽度可为约200fs、重复频率可为40MHz。

通过飞秒脉冲光源100提供飞秒级的初始激光脉冲，并对初始激光脉冲进行脉冲选择以对目标脉冲进行放大处理及压缩处理，以获得目的激光脉冲。其中，目的激光脉冲为具有高重复频率、超强功率的超短脉冲。

此外，通过泵浦源600以向再生放大器500及冷冻真空放大器700中的激光晶体提供能量，以实现粒子数反转。

在一些实施例中，通过设初始激光脉冲及设备参数，可提供一种脉冲能量达到25mJ、脉冲宽度小于25fs、峰值功率达到1TW(1012W)且重复频率达到1kHz的高重复频率超强超短脉冲。

在一些实施例中，脉冲光源100与展宽器300之间设有激光隔离器200，通过激光隔离器200以构建单向脉冲通道，单向脉冲通道允许脉冲光源100产生的初始激光脉冲传输至展宽器300，而脉冲激光器内产生的高重复频率超强超短脉冲无法通过激光隔离器200，从而对脉冲光源100进行隔离保护。其中，激光隔离器200包括：隔离半波片；隔离偏振片，与隔离半波片相对设置；法拉第旋转器，设置于隔离半波片与隔离偏振片之间。隔离半波片与隔离偏振片相对设置，且夹角不为0。通过激光隔离器200以使初始激光脉冲进入展宽器300的同时，隔绝放大后的激光脉冲重新进入脉冲光源100中，从而实现脉冲光源100的保护。

在一些实施例中，展宽器300为马丁内兹展宽器300，马丁内兹展宽器300内设有透射形光栅，透射形光栅的刻线密度为1600线/mm。脉冲光源100提供的初始激光脉冲的脉冲宽度经过展宽由约200fs展宽至约0.5ns，即将初始激光脉冲从飞秒级展宽至次纳秒级。

进一步地，马丁内兹展宽器300可为标准无色散马丁内兹展宽器300。

在一些实施例中，脉冲激光器，还包括：脉冲选择控制器410，与脉冲选择器420连接，用于控制脉冲选择器420。

其中，脉冲选择器420根据脉冲选择控制器410的预设开关频率对初始激光脉冲展宽所形成的脉冲序列进行依次选择，且每一次仅选择一个次纳米级脉冲。其中，次纳米级脉冲可为上述的第二激光脉冲。

再生放大器500对次纳米级的第二激光脉冲进行放大。例如，第二激光脉冲在脉冲选择器420及再生放大器500之间多次往返传输，第二激光脉冲在再生放大器500中通过工作介质及泵浦源进行能量增加，且脉冲能量可增加至2mJ以上。

当第二激光脉冲的脉冲能量增加至预设值，将第二激光脉冲传输至冷冻真空放大器700中，并进行放大以形成待压缩激光脉冲。通过冷冻真空放大器700将第二激光脉冲的脉冲能量放大至40mJ。其中，第一激光脉冲中未被脉冲选择器420选择的部分将被反射至脉冲激光器外部，且不进入冷冻真空放大器700中。

通过将放大后的第二激光脉冲进行压缩，以将第二激光脉冲宽度压缩至预设宽度内。

在一些实施例中，冷冻真空放大器700包括：第一激光窗口片701；第三激光晶体702，与第一激光窗口片701耦合连接；低温控制器704，与第三激光晶体702连接，用于控制第三激光晶体702的温度；第三泵浦装置710，与第三激光晶体702耦合连接，用于对第三激光晶体702进行激励；第二激光窗口片703，与第三激光晶体702耦合连接；其中，第一激光窗口片701与第二激光窗口片703相对设置，以限定一放大腔体。

通过第一激光窗口片701、第二激光窗口片703构建真空室，以形成放大腔体。通过低温控制器704控制第三激光晶体702的温度，以转换第三激光晶体702的能级，从而调节第三激光晶体702的导热率。

在一些实施例中，第三激光晶体702为Yb:KGW晶体。第一激光窗口片701、第二激光窗口片703构建的真空室至少可到达10-2Pa量级，低温控制器704将第三激光晶体702温度调节为77K～200K，以使Yb:KGW晶体由常温下的三能级结构转化为四能级结构。

请一并参照图1、图2，在一些实施例中，脉冲选择器420包括：第一偏振片421，用于接收第一激光脉冲；第一半波片422，与第一偏振片421耦合连接，用于对第一激光脉冲进行相位调节并成第一偏振脉冲；偏振态旋转器423，与第一半波片422耦合连接，用于对第一偏振脉冲的偏振态进行偏振处理并生成第二激光脉冲；第二偏振片424，与偏振态旋转器423耦合连接，用于对第二激光脉冲的偏振态和\或传播方向进行调节。第一偏振片421与展宽器300耦合连接，以接收经由展宽器300脉冲展宽所得到的第一激光脉冲。

其中，第一激光脉冲与第一偏振片421具有相同的偏振角度，第一激光脉冲经由第一半波片422、偏振态旋转器423调节，第二激光脉冲与第一激光脉冲具有不同的偏振角度。例如，第一激光脉冲与第一偏振片421的偏振角度相匹配，第一激光脉冲经由第一偏振片421透射至第一半波片422；第二激光脉冲与第一偏振片421的偏振角度不匹配，第二激光脉冲经由第一偏振片421反射至第四高反镜511。

通过脉冲选择控制器410、脉冲选择器420对第一激光脉冲的脉冲序列进行选择，以获得第二激光脉冲。第一激光脉冲进入脉冲选择器420内部，第一激光脉冲与第一偏振片421的偏振方向一致；第一半波片422对第一激光脉冲的相位进行调节并成第一偏振脉冲，偏振态旋转器423对第一偏振脉冲的偏振态进行偏振处理并生成第二激光脉冲。

通过第二偏振片424对第二激光脉冲的偏振态和\或传播方向进行调节，以使得第二激光脉冲进入再生放大器500中。其中，偏振态旋转器423可为法拉第旋转器。

在一些实施例中，脉冲选择器420还包括：第一四分之一波片425，与第二偏振片424耦合连接，用于对第二激光脉冲进行相位调节；普克耳盒426，与第一四分之一波片425耦合连接，用于对第二激光脉冲进行相位调节；第一高反镜427，与普克耳盒426耦合连接，对第二激光脉冲进行反射。

第二激光脉冲依次穿过第一四分之一波片425、普克耳盒426、第一高反镜427并在第一高反镜427表面发生反射；第二激光脉冲再次穿过普克耳盒426、第一四分之一波片425并经由第二偏振片424反射，传输至再生放大器500中。

在一些实施例中，通过脉冲选择控制器410产生脉冲电压以控制普克耳盒426的工作状态，例如，脉冲选择控制器410产生约4KV高压脉冲，以控制普克耳盒426的偏振态，从而使得普克耳盒426光学特性等同于四分之一波片。

当脉冲选择控制器410无电压输出时，第二激光脉冲进入脉冲选择器420后经过第二高反镜512、第三高反镜513反射进入再生放大器500中。其中，第二激光脉冲经由再生放大器500放大后，再次进入脉冲选择器420中。此时，脉冲选择控制器410输出高压脉冲，使得第二激光脉冲再次进入再生放大器500中，而后续进入的激光脉冲则被脉冲选择器420反射或者吸收。由于后续进入的激光脉冲被吸收或者反射，使得再生放大器500仅对第二激光脉冲进行放大。

其中，第三高反镜513与第四高反镜514可构建一谐振腔体，以使第二激光脉冲在中再生放大器500中稳定传输。

在一些实施例中，第二高反镜512与第一腔体反射镜711为同一复用的反射镜，以对激光脉冲的传输路径进行调节。

其中，第二激光脉冲进入再生放大器500，并进行两次放大处理，从而使得第二激光脉冲的能量增加至预设功率。

在一些实施例中，其特征在于，再生放大器500还包括：第一泵浦装置，用于对第二激光脉冲进行第一放大处理；第二泵浦装置，与第一泵浦装置耦合连接，用于对第二激光脉冲进行第二放大处理。

第二激光脉冲进入再生放大器500的脉冲，并往返两次分别被光纤耦合输出至对应的激光晶体，以进行脉冲放大。其中，第一泵浦装置与第二泵浦装置对称设置。

在一些实施例中，第一泵浦装置包括：第一激光晶体505；第一双色镜504，与第一激光晶体505耦合连接；第一凸透镜组503，与第一双色镜504耦合连接，设置于第一双色镜504远离第一激光晶体505的一侧；第一泵浦光纤502，与第一凸透镜组503耦合连接；第一半导体泵浦源501，与第一泵浦光纤502耦合连接，用于对第一激光晶体505进行激励。第二泵浦装置包括：第二激光晶体510；第二双色镜509，与第二激光晶体510耦合连接；第二凸透镜组508，与第二双色镜509耦合连接，设置于第二双色镜509远离第二激光晶体510的二侧；第二泵浦光纤507，与第二凸透镜组508耦合连接；第二半导体泵浦源506，与第二泵浦光纤507耦合连接，用于对第二激光晶体510进行激励。

其中，第一激光晶体505、第二激光晶体510的Ng方向相切，且第一激光晶体505、第二激光晶体510与第二激光脉冲偏振方向平行的轴分别为Nm与Np。

第一激光晶体505、第二激光晶体510通过对应的泵浦源进行泵浦，以使得激光晶体中的粒子数发生反转。

当第二激光脉冲被放大到预设功率时，脉冲选择控制器410停止输出高压脉冲信号，使得该放大后的第二激光脉冲经由脉冲选择器420传输至冷冻真空放大器700。其中，本实施例中放大后的第二激光脉冲的输出脉冲能量约为2mJ，而脉冲选择控制器410输出方波高压信号约为4KV，频率为1000Hz。

在一些实施例中，第一激光晶体505、第二激光晶体510为Yb:KGW晶体，通过对称设置第一泵浦装置、第二泵浦装置，以构建双晶体再生放大器500，从而对激光脉冲进行二次放大。通过使用半导体泵浦源以对Yb:KGW晶体进行激励，将激活Yb:KGW晶体中的粒子从基态抽运到高能级，以实现粒子数反转。例如，半导体泵浦源为多模光纤耦合半导体激光器，其传输光纤为多模光纤，工作模式为连续(CW)或准连续(QCW)，输出波长808nm～985nm。

在一些实施例中，脉冲压缩器800包括：第一脉冲压缩器801，与冷冻真空放大器700耦合连接，用于对第二激光脉冲进行压缩处理并生成第一目标脉冲；第二脉冲压缩器802，与第一脉冲压缩器801耦合连接，用于对第一目标脉冲进行非线性压缩处理并生成第二目标脉冲。

其中，第一脉冲压缩器801为Treacy脉冲压缩器，第一脉冲压缩器801可将经由冷冻真空放大器700放大的待压缩激光脉冲进行压缩处理以生成约28mJ的第一目标脉冲；第二脉冲压缩器802可将第一目标脉冲压缩进行非线性压缩，以得到第二目标脉冲。其中，第一目标脉冲为脉冲宽度小于300fs的飞秒脉冲；第二目标脉冲为脉冲宽度小于25fs的飞秒脉冲。

在一些实施例中，Treacy脉冲压缩器为标准Treacy脉冲压缩器，用于将第二激光脉冲的脉冲宽度压缩到极限宽度并得到第一目标脉冲。例如，标准Treacy脉冲压缩器设有透射形光栅，可将次纳秒的高能量激光脉冲的脉冲宽度压缩至约280fs。第二激光脉冲为啁啾脉冲。

在一些实施例中，第二脉冲压缩器802为非线性脉冲压缩器800，非线性脉冲压缩器800通过非线性晶体将已经达到压缩极限的第二激光脉冲(飞秒级脉冲)压缩为第二目标脉冲(超短脉冲)例如，通过Herriott型多通气体室对第二激光脉冲或第一目标脉冲进行非线性压缩。具体地，将百飞秒级的第一目标脉冲传输至充有惰性气体的Herriott型多通腔室，并利用非线性效应(自相位调制效应)进行光谱拓展，以对第一目标脉冲进行色散补偿压缩，从而将第一目标脉冲的脉冲宽度压缩至小于或等于初始脉冲宽度的十分之一。

结合上述实施例，以对一种具体实施例进行适应性说明。

请一并参照图1、图2、图3，脉冲光源100产生飞秒级的初始激光脉冲；激光隔离器200作为单向脉冲传输通道，初始激光脉冲可经由激光隔离器200传输至展宽器300。展宽器300将飞秒级的初始激光脉冲进行脉冲展宽次纳秒级的第一激光脉冲。通过激光隔离器200防止高重复频率超强超短脉冲进行脉冲光源100内部，以对脉冲光源100进行隔离保护。

第一激光脉冲传输至脉冲选择器420中，脉冲选择器420根据脉冲选择控制器410的控制信号对第一激光脉冲的脉冲序列进行选择，以获取符合预设参数的第二激光脉冲。

例如，脉冲选择控制器410包括依次耦合连接的第一偏振片421、第一半波片422、偏振态旋转器423、第二偏振片424、第一四分之一波片425、普克耳盒426及第一高反镜427。其中，偏振态旋转器423可为法拉第旋转器。

第二激光脉冲与第一偏振片421的偏振角度一致，第二激光脉冲经过第一半波片422调节相位及偏振态旋转器423调节偏振角度并得到第二激光脉冲。第二激光脉冲与第二偏振片424的偏振角度一致。当第二激光脉冲初次经过第一四分之一波片425、普克耳盒426及第一高反镜427，脉冲选择控制器410无控制信号输出，第二激光脉冲经过再生放大器500进行第一次脉冲放大并再次传输至脉冲选择器420中。

当第二激光脉冲再次经过第一四分之一波片425、普克耳盒426及第一高反镜427，脉冲选择控制器410输出高压信号，普克耳盒426的瞬时状态相当于四分之一波片，第二激光脉冲再次折返至再生放大器500中并进行第二次脉冲放大。且当脉冲选择控制器410输出高压信号时，后续进入脉冲选择器420的激光脉冲被反射或吸收，而无法进入再生放大器500中进行放大。

其中，第二激光脉冲被放大至预设功率，脉冲选择控制器410停止输出高压信号，被放大至预设功率的第二激光脉冲经由脉冲选择器420传输至冷冻真空放大器700中。通过低温及真空条件使得Yb:KGW晶体(第三激光晶体702)的由常温下的三能级结构转化为四能级结构。

其中，冷冻真空放大器700的工作温度为77K～200K，工作压强为10-2Pa量级。

冷冻真空放大器700包括依次设置的第一激光窗口片701、第三激光晶体702、第二激光窗口片703，低温控制器704与第三激光晶体702连接以控制第三激光晶体702的温度；第三泵浦装置710与第三激光晶体702耦合连接，以对第三激光晶体702进行激励。

通过第一腔体反射镜711、第二腔体反射镜707以构建放大腔体，将处于真空低温状态下且具有四能级的Yb:KGW晶体作为增益介质。其中，第一腔体反射镜711可与脉冲选择器420耦合连接，第二腔体反射镜707与之间冷冻真空放大器700之间依次设有第三四分之一波片706、第三双色镜705。

依次设置的第一腔体反射镜711、第二偏振片424、冷冻真空放大器700、第三双色镜705、第三四分之一波片706及第二腔体反射镜707以构建完整的放大腔体。第三泵浦装置710通过第三双色镜705与冷冻真空放大器700中的第三激光晶体702耦合连接，从而实现第三激光晶体702的粒子数反转。

其中，第三泵浦装置710与第三双色镜705之间可设有凸透镜组708，以对优化泵浦性能。第三泵浦装置710的工作功率约为200W。通过Yb:KGW晶体对第二激光脉冲进行四次放大处理，以将脉冲能量提高至40mJ。

在一些实施例中，一种激光系统，包括上述任一实施例中的脉冲激光器。通过使用上述脉冲激光器，以向激光系统提供具有高重复频率、超强功率的超短脉冲。该激光系统可为实验研究提供超强的电磁场、超高的能量密度、超强光压的实验环境。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。