[發明專利]改善光學參量放大激光系統輸出閑置光束參數的裝置

無效

• 申請號: 200910053209.3
• 申請日: 2009-06-17
• 公開（公告）號: CN101576698A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發明（設計）人: 張春梅;黃延穗;王建良;冷雨欣;李儒新;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: G02F1/39
• 分類號: G02F1/39
• 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

本發明涉及光學參量放大(OPA)激光系統，特別是一種改善光學參量放大激光系統輸出閑置光束參數的裝置，主要適用于紅外載波包絡相位(CEP)穩定的光學參量放大激光系統輸出脈沖的優化。

背景技術

飛秒激光在最近幾十年時間里的快速發展，為人類充分探索微觀超快現象及研究強場物理提供了前所未見的實用手段和發展機遇。高能量的單周期脈沖與物質相互作用可以產生幾十甚至幾百階的高次諧波，泵浦的脈沖光達到周期量級時，可以輸出連續的高次諧波，連續譜的高次諧波壓縮后可以得到單個阿秒(10^-18s)脈沖，可以探測更快的物質動力學過程，如原子內部電子的運動。阿秒脈沖是開拓阿秒光譜學、阿秒物理學及阿秒科學技術等的重要工具。

周期量級脈沖中描述脈沖的參數--載波包絡相位(簡稱為CEP)對與瞬時電場強度有關的非線性實驗具有決定性的影響，例如：高次諧波和阿秒脈沖的產生。CEP指的是周期量級脈沖包絡最大值和包絡下電場振蕩最大值之間的相對相位，它決定了脈沖的瞬時電場強度。隨著頻標測量學和阿秒科學等研究的不斷深入，提供CEP穩定的飛秒激光源，已經成為當今最前沿的研究內容之一。

A.等人早在2002年就提出了利用差頻產生技術(different?frequencygeneration：簡稱為DFG)或者光學參量放大(OPA)的基本原理來實現超短激光脈沖CEP的自穩定。CEP穩定的光可以直接通過DFG過程產生，進而再通過OPA過程將其放大。C.Vozzi等人在文章“Characterization?of?a?high-energy?self-phasestabilizednear?infrared?parametric?source”(J.Opt.Soc.Am.B/Vol.25，No.7/July?2008)中，給予DFG技術得到紅外CEP穩定的激光源，并將其應用于高次諧波產生，將截止能量推到了更高水平。但是由于DFG過程受到了成絲展寬的光譜限制，輸出激光調諧范圍不是很寬。另外，在OPA過程中，當信號光和泵浦光來源于同一臺激光器時，它們的CEP是同步的，于是由于閑散光的CEP與前二者CEP之差有關，OPA產生的閑散光脈沖的CEP就是泵浦光和信號光的相位差，為常數，是天然穩定的。但是由于閑置光的光斑很差，并有很大的空間啁啾，通過OPA產生的CEP穩定的紅外激光至今都未應用于高次諧波產生。

發明內容

本發明的目的在于解決基于OPA技術產生的CEP穩定的紅外激光不能應用于高次諧波等實驗所存在的問題，提出一種改善OPA激光系統輸出閑置光束參數的裝置，使其應用于高次諧波產生，乃至阿秒產生。

本發明的技術解決方案如下：

一種改善OPA激光系統輸出閑置光束參數的裝置，在輸入超短參量放大激光的光路上依次設置第一聚焦透鏡、空心光波導和第二聚焦透鏡。第一聚焦透鏡、空心光波導和第二聚焦透鏡的光軸方向與入射光方向相同，第一聚焦透鏡將入射光束聚焦到空心光波導中，第二聚焦透鏡將空心光波導輸出光束準直。

所述的空心光波導(2)是石英空心光纖。

所述的第一聚焦透鏡的焦距與空心光波導的通光孔徑大小，按照以下公式匹配：

D＝3.66*f*λ/d

其中：D為空心光波導的通光口徑，

f為第一聚焦透鏡的焦距，

λ為入射光波長，

d為入射光束光斑的直徑。

本發明利用空心光波導，使OPA脈沖形成新的激光模式(基模)，從而改善OPA系統輸出激光光斑質量，減少空間啁啾，以及利用空心光波導提高OPA激光的指向性，從而減少環境對OPA系統輸出的激光CEP的影響，降低OPA系統CEP抖動，經分析表明本發明的優點是：

1、本發明裝置可有效改善光束質量，提高激光聚焦能力。

2、本發明裝置可有效降低入射光束的角色散，可將OPA光束的角色散降低到可忽略的水平。

3、本發明裝置不僅不會影響入射光束的CEP穩定，而且提高光束的指向性，從而進一步提高光束的CEP穩定度。

4、本發明裝置可應用不同波長，不受波長的限制，可應用于波長調諧系統。

5、本發明裝置的結構簡單，元件少，操作簡單，易于調節。

附圖說明

圖1為本發明改善OPA激光系統的輸出閑置光束參數的裝置的結構示意圖。

圖2為應用本發明的光學參量放大激光系統結構的示意圖

圖3為現有光學參量放大激光系統的輸出激光的空間啁啾圖