[發明專利]光學參量啁啾脈沖放大激光系統

無效

• 申請號: 200710041417.2
• 申請日: 2007-05-29
• 公開（公告）號: CN101055968A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 姜永亮;冷雨欣;陳曉偉;李小芳;徐至展
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/00
• 分類號: H01S3/00;G02F1/35
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及激光系統，特別是一種近紅外波段的載波包絡相位(以下簡稱為CEP)穩定的光學參量啁啾脈沖放大(以下簡稱為OPCPA)激光系統。

背景技術

近年來，超短脈沖激光技術得到了飛速的發展，啁啾脈沖放大(以下簡稱為CPA)技術與OPCPA技術的不斷完善使得超短激光脈沖的脈寬不斷窄化，已經成功地實現了周期量級超短超強脈沖的輸出。目前，對超短脈沖系統的研究主要局限于800nm波段和1064nm波段。在惰性氣體中高次諧波的產生以及超高速光通信等應用方面，獲得近紅外波段的超短脈沖具有重要的意義。

超短脈沖的載波包絡相位(簡稱為CEP)定義為脈沖包絡峰值和電場峰值之間的相對相位，CEP的作用在阿秒脈沖產生、光學原子鐘和量子相干控制等領域中顯得異常重要。超短脈沖激光系統中的CEP穩定方法可以分為主動和被動兩種方式。主動CEP穩定方式是通過對系統的載波相位漂移(CEO)進行測量并反饋控制的方式實現的(Nature?Vol.421，No.6，611-616，2003)。這種方式對飛秒振蕩器的CEP穩定非常有效，但在kHz重復頻率高能量放大方式下提供實時的測量反饋是難于實現的。日本的A.Baltuska等人提出了利用差頻(差頻)過程實現被動CEP穩定的方法(Physical?Review?Letters，Vol.88，No.13，133901，2002)。基于這種原理，意大利的C.Manzoni等人提出一種使用空心光纖為光譜展寬元件結合非線性晶體中的差頻過程實現CEP穩定的光學參量放大(簡稱為OPA)脈沖激光系統(Optics?Express，Vol.14，No.21，10109-10116)，其光路布置如圖1所示。飛秒鈦寶石啁啾脈沖放大(CPA)系統1輸出中心波長位于～800nm、單脈沖能量～1.5mJ和脈沖寬度～50fs的超短超強激光脈沖序列。該脈沖序列的一部分(～250μJ)輸入CEP穩定信號脈沖發生部分6中，另一部分(～1.25mJ)經過分束片8后分為兩部分，分別用作兩級OPA過程的泵浦光。進入CEP穩定信號脈沖發生部分6中的脈沖序列首先由空心光纖3中的非線性作用進行光譜展寬，展寬的脈沖由啁啾鏡4時域壓縮后經過偏硼酸鋇(簡稱為BBO)晶體5中的II類相位匹配差頻過程得到CEP穩定的近紅外信號脈沖。差頻過程得到的信號光直接輸入到OPA放大級14中進行放大，經過兩級BBO晶體11、13中的飛秒脈沖泵浦非共線OPA過程得到放大后的CEP穩定飛秒脈沖輸出。

由于空心光纖中的光譜展寬能力有限，該系統需要輸出高能量脈沖的飛秒鈦寶石CPA激光系統作為前級。并且放大級中采用的是BBO晶體中的飛秒脈沖泵浦非共線OPA過程來對信號脈沖進行放大，對系統的同步調節精度要求很高，系統的輸出功率受到信號脈沖寬度和泵浦脈沖能量的制約也相當有限。另外，波長的調諧是通過轉動晶體角度來實現的，對后面光路影響較大，而且不容易精確控制。

發明內容

本發明的目的是針對上述在先技術中存在的不足，提供了一種光學參量啁啾脈沖放大激光系統，該系統輸出波長在1.55μm附近可調的超短脈沖的載波包絡相位穩定的激光。

本發明的原理是利用非線性光子晶體光纖(PCF)將鈦寶石鎖模振蕩器輸出的飛秒脈沖的部分能量進行高效率光譜轉換，然后基于周期極化鈮酸鋰晶體中的共線準相位匹配差頻過程，獲得近紅外波長可調諧的CEP穩定信號光。信號光通過全光同步窄帶泵浦OPCPA的方式得到放大。通過對周期極化鈮酸鋰晶體溫度的控制實現對信號波長的精確調諧。

本發明的技術解決方案如下：

一種光學參量啁啾脈沖放大激光系統，其特征是包括鈦寶石飛秒鎖模脈沖振蕩器、第一分束片、CEP穩定信號脈沖源、OPCPA同步泵浦源、OPCPA放大級和壓縮器，其位置關系如下：在該鈦寶石飛秒鎖模脈沖振蕩器的輸出光束方向是第一分束片，該第一分束片將激光束分成透射光束和反射光束，在所述的透射光束方向依次是所述的CEP穩定信號脈沖源、OPCPA放大級和壓縮器，所述的CEP穩定信號脈沖源由同光軸的光子晶體光纖、啁啾鏡、周期極化鈮酸鋰晶體和展寬器構成；所述的OPCPA放大級是沿光路依次由第一雙色鏡、第一非線性晶體、第二雙色鏡和第二非線性晶體組成的；所述的OPCPA同步泵浦源是沿光路依次由調Q倍頻YAG激光器、窄帶鈦寶石再生放大器、第二分束片和全反鏡組成的；所述的反射光束注入所述的窄帶鈦寶石再生放大器的諧振腔中進行放大，放大后經所述的第二分束片和全反鏡分別經所述的第一雙色鏡和第二雙色鏡注入所述的OPCPA放大級進行同步泵浦。