[發明專利]載波包絡相位穩定的寬帶光學參量啁啾脈沖放大激光系統

無效

• 申請號: 200910247569.7
• 申請日: 2009-12-30
• 公開（公告）號: CN101764341A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發明（設計）人: 王河林;冷雨欣;王乘;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: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/23;H01S3/094;H01S3/1055
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及一種載波包絡相位(簡稱為CEP)穩定的寬帶光學參量啁啾脈沖放大(以下簡稱為OPCPA)激光系統，屬于超短超強飛秒脈沖激光放大技術。

背景技術

飛秒激光放大技術在過去的幾年時間里的得到了快速發展，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。尤其是超強超短的飛秒激光出現，由于它具有超高的峰值功率和超短的脈沖寬度，因而在激光快點火，高能物理，高強度X射線輻照源，粒子加速，產生X射線激光，產生激光高次諧波和獲得阿秒激光脈沖，產生中子等物理學研究領域得到了廣泛的應用，給科學家們帶來了未曾預料到的一些新奇物理現象。

為了獲得超強超短的飛秒激光脈沖，1992年由Dubietis提出，并由Ross等人在1997年對其進行發展的光學參量啁啾脈沖放大(OPCPA)技術，綜合了啁啾脈沖放大(Chirped?pulse?amplification，簡稱為CPA)技術和參量放大(OPA)技術的各自優點，成為了現代激光放大技術的研究熱點。雖然已經成功的通過OPCPA技術獲得了超強超短的近紅外飛秒激光脈沖，但是，中紅外飛秒激光脈沖的獲得給OPCPA放大技術帶來了挑戰，它不僅要求系統能產生CEP穩定的寬帶信號光，而且還需要對其進行寬帶放大，同時要求信號光和泵浦光之間高精確同步。因此，研究CEP穩定的中紅外寬帶光學參量啁啾脈沖放大激光系統成為了當今最前沿的研究問題之一。

Chalus等人于2009年在文章“Design?and?simulation?of?few-cycle?opticalparametric?chirped?pulse?amplification?at?mid-IR?wavelengths”，OpticsExpres?s，Vol.16?Issue?26，pp.21298-21304中，該中紅外光學參量啁啾脈沖放大激光系統結構如圖2所示。圖2所示為已有的中紅外光學參量啁啾脈沖放大激光系統結構圖。在圖2中，光纖激光器01輸出中心波長分別為1550nm和1050nm的雙色激光，其中波長為1050nm的激光直接輸入到用于產生差頻信號的周期激化鈮酸鋰(以下簡稱為PPLN)晶體03上，而波長為1550nm的激光通過延遲控制02也輸入到PPLN晶體03上，接著這兩路激光脈沖在PPLN晶體中通過差頻產生3.26um中紅外信號光，該信號光再通過展寬器04展寬到皮秒量級，作為OPA放大器08的信號光；OPA放大器08的泵浦光由另一臺輸出波長為1064nm的皮秒量級激光器06提供。為了實現參量放大，泵浦光和信號光之間通過重復頻率鎖定器件05和延遲07來控制。來自展寬器04的信號光經過OPA放大器08放大后，再經過壓縮器09壓縮，便獲得了波長為3.26um的中紅外超短超強激光光源。該系統中，泵浦光和信號光之間的同步采用電同步控制，最終獲得了56fs的中紅外超短脈沖。由于該系統采用電同步控制，放大信號脈沖的穩定性差，而且，用于差頻作用的兩路光是來自光纖激光器的雙路輸出單頻光，差頻產生的CEP信號光是單一頻率，不僅不具備可調諧性，而且新產生的信號光CEP穩定性較差，因而在實際應用中受到了較大的限制。

目前，光學參量啁啾脈沖放大(OPCPA)激光系統中的寬帶種子源可采用晶體和光子晶體光纖來實現，通常是將振蕩器產生的泵浦光直接注入到晶體或者光子晶體光纖中，利用它們的高非線性作用產生的連續譜作為種子源。就種子源而言，振蕩器具有體積較大，頻率穩定性差，時間抖動較大等缺點，而且，利用這些方法得到的種子源不具有CEP穩定的特性，因而往往給光學參量啁啾脈沖放大激光系統的穩定性和全光同步帶來巨大危害，進而限制了OPCPA放大系統的可適用范圍。

發明內容

為了提高系統的穩定性，獲得高精度全光同步和實現CEP高穩定的寬帶OPCPA激光放大，本發明提出了一種載波包絡相位穩定的寬帶光學參量啁啾脈沖放大激光系統，該系統不僅能改善放大信號的CEP穩定性，而且在忽略環境抖動影響的情況下能保證泵浦光和種子光之間10飛秒量級的高精度全光同步，還實現了可調諧的寬帶中紅外OPCPA放大。

本發明的技術解決方案是：