[發(fā)明專利]一種提高光參量放大器輸出放大信號光脈沖和光束質(zhì)量的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810032499.9
• 申請日: 2008-01-10
• 公開（公告）號: CN101216654A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 錢列加;任紅艷;羅航;袁鵬;朱鶴元
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/39;G02F1/355
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高光參量放大器裝置輸出放大信號光脈沖??和光束質(zhì)量的方法。

背景技術(shù)

高能量激光裝置所輸出的高強(qiáng)度超短脈沖創(chuàng)造了極端的物理?xiàng)l件，可用來研究強(qiáng)場物理領(lǐng)域的新現(xiàn)象，主要包括：“快點(diǎn)火”慣性約束核聚變、高能量密度物理、實(shí)驗(yàn)室天體物理、帶電粒子的超強(qiáng)加速等，這些重要應(yīng)用不僅要求激光脈沖具有很高的能量而且要保證好的脈沖質(zhì)量。啁啾脈沖放大(CPA)或者光參量啁啾脈沖放大(OPCPA)是獲取超強(qiáng)超短激光脈沖的重要手段。以高能量釹玻璃激光器作為泵浦源，OPCPA系統(tǒng)已達(dá)到了PW(10¹⁵W)量級的高功率輸出(O.V.Chekhlov，et.al.35?J?broadband?femtosecond?opticalparametric?chirped?pulse?amplification?system.Opt.Lett.2006，31：3665-3667)。Tajima和Mourou指出，如果用兆焦耳能量的激光脈沖進(jìn)行泵浦，那么OPCPA系統(tǒng)將會產(chǎn)生zettawatt(10¹⁸W)高功率輸出(T.T?ajima?and?G.Mourou，Zettawatt-exawatt?lasers?and?theirapplications?inultrastrong-field，physics.Phys.Rev.ST?Accel.Beams，2002，5：031301-031303)。但是，在這些高能量的OPCPA系統(tǒng)中，由于OPA晶體的口徑較大，并且采用雙折射相位匹配，泵浦光與信號光、閑置光之間存在空間走離。另外，具有兆焦耳脈沖能量的泵浦光通常達(dá)不到衍射極限(10～20倍衍射極限)，其本身光束質(zhì)量比較差。光參量放大過程中的相位轉(zhuǎn)移將使泵浦光的非理想相位分布傳遞給信號光束，從而嚴(yán)重影響放大信號光束的質(zhì)量。另一方面，物理實(shí)驗(yàn)的研究對脈沖的質(zhì)量(信噪比)提出了很高的要求，要求有“干凈”的脈沖前沿，但目前的高功率激光系統(tǒng)中，信噪比問題一直沒有得到很好的解決。在參量放大過程中，泵浦脈沖的位相畸變也會轉(zhuǎn)移到信號脈沖上，從而影響信號脈沖的信噪比。因此，尋求一種通過控制泵浦光向信號光的相位轉(zhuǎn)移，提高OPA、特別是高能量OPA或OPCPA輸出放大信號光脈沖(光束)質(zhì)量的方法顯得尤其重要。

在相位補(bǔ)償方面，D.J.Armstrong等人采用兩級OPA裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間走離的補(bǔ)償，盡管在每一個OPA都會發(fā)生泵浦光向信號光的相位轉(zhuǎn)移，但由于兩個晶體中的空間走離方向恰好是相反的，所以最后輸出放大信號光的相位是保持不變的(D.J.Armstrong，W.J.Alford，T.D.Raymond，et?al.Parametric?amplification?and?oscillation?withwalkoff-compensating?crystals.J.Opt.Soc.Am.B，1997，14：460-474)。但是在時間域，通過單純調(diào)節(jié)晶體本身結(jié)構(gòu)是不能夠補(bǔ)償OPA晶體中的群速度失配(R.J.Gehr，R.W.Kimmel，and?A.V.Smith，Simultaneous?spatial?and?temporal?walk-off?compensation?infrequency-doubling?femtosecond?pulses?inβ-BaB₂O₄.Opt.Lett.1998，23：1298-1300)，因而并不能實(shí)現(xiàn)信號光脈沖的相位控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種能夠同時在時間和空間域，通過控制泵浦光向信號光的相位轉(zhuǎn)移，提高OPA輸出放大信號脈沖和光束質(zhì)量的方法。

在OPA或者OPCPA放大過程中，為保證輸出脈沖和光束質(zhì)量，在滿足三波混頻(ω_p＝ω_s+ω_i)和相位匹配(Δk＝0)，以及在不考慮空間走離和群速度失配的情況下，脈沖之間的相位滿足：

φ_s＝φ_s(0)(1)