[發明專利]共線光參量放大方法及裝置

有效

• 申請號: 201310086873.4
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN103217851A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 張慶斌;洪作飛;陸培祥
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02F1/355
• 分類號: G02F1/355;G02F1/39;H01S3/108
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明涉及超快激光技術領域，具體涉及一種共線光參量放大方法及裝置。

背景技術

超短高能量激光脈沖在強場激光物理等領域有著廣闊的應用前景。長期以來，因現有超快激光介質（如鈦寶石）的限制，超短高能量激光脈沖的產生主要集中在可見-近紅外（0.8μm附近）波段。進一步開拓超短高能量激光脈沖的應用，例如：對隧穿電離或深隧穿電離的深入研究、水窗波段相干X射線的產生以及電子超快動力學過程研究等，需要將激光脈沖的中心波長向中紅外（1μm-5μm）方向拓展。這些重要應用不僅對激光脈沖的中心波長有要求，還要求激光脈沖具有數十飛秒甚至周期量級的脈沖寬度并同時具有較高的能量。

光參量放大（Optical?Parametric?Amplification,OPA）是指一束具有較高頻率的光波，通過非線性介質時，產生兩個較低頻率的光波并獲得放大的現象。近年來，光參量放大因增益譜寬可調諧且譜寬較寬，高階非線性效應小以及幾乎沒有熱累積效應等優勢，成為了將鈦寶石激光頻率下轉換實現超短高能量中紅外激光脈沖輸出的首選方案。超短高能量中紅外激光脈沖將開辟強激光與物質相互作用領域中迄今很少探索過的參量空間，從而為人們開拓新效應和新應用提供新機遇。

在OPA過程中，由泵浦光、信號光與閑頻光之間的群速度失配（Group?Velocity?Mismatch,GVM）所引起的時間走離使得增益譜寬以及轉換效率受到限制。為增加增益譜寬，一種簡并的OPA方案被提出用于產生超短激光脈沖。在簡并OPA系統中，信號光和閑頻光具有相同波長，因此信號光與閑頻光之間的群速度失配GVM_s-i為0。但是采用鈦寶石激光泵浦的簡并OPA方案僅能用于產生1.6μm附近的超短激光脈沖輸出，不具備可調諧性。對于非簡并波段例如1.2μm-1.4μm，OPA的增益譜寬仍然受到GVM_s-i的限制。為此，一種非共線的OPA方案被提出，用于補償GVM_s-i，從而在非簡并波段產生超短激光脈沖輸出。盡管該方案能在1.1μm-2.1μm的波段內產生脈沖寬度小于10fs的信號光脈沖輸出，但所產生的閑頻光具有角色散，限制了閑頻光的進一步應用。另一方面，泵浦光與信號光的群速度失配GVM_p-s以及泵浦光與閑頻光的群速度失配GVM_p-i所帶來的時間走離限制了OPA的有效作用距離，因此補償GVM_p-s與GVM_p-i對提高OPA轉換效率有重要作用。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種共線光參量放大方法及裝置，通過同時補償泵浦光、信號光與閑頻光之間的群速度失配來提高共線光參量放大器的增益譜寬與轉換效率。

為實現上述目的，本發明提供了一種共線光參量放大方法，包括以下步驟：

（1）產生飛秒泵浦光和寬帶信號光；

（2）飛秒泵浦光和寬帶信號光同步共線入射第一β-BaB₂O₄晶體，進行第一次光參量放大，產生放大的飛秒信號光和飛秒閑頻光；在第一β-BaB₂O₄晶體內，飛秒泵浦光群速度大于飛秒信號光群速度，飛秒信號光群速度大于飛秒閑頻光群速度；

（3）采用BaF₂晶體調整飛秒信號光和飛秒閑頻光的時域重疊，在BaF₂晶體內飛秒閑頻光群速度大于飛秒信號光群速度，飛秒信號光群速度大于飛秒泵浦光群速度；

（4）飛秒泵浦光、飛秒信號光和飛秒閑頻光入射第二β-BaB₂O₄晶體，進行第二次光參量放大，同步輸出飛秒泵浦光、飛秒信號光和飛秒閑頻光。

為實現上述目的，本發明提供了一種共線光參量放大裝置，包括泵浦激光源、信號激光源、第一β-BaB₂O₄晶體、BaF₂晶體、第二β-BaB₂O₄晶體、延時器、反射鏡、雙色鏡和分光片；

雙色鏡的反射面的輸入光路包括依次放置的反射鏡、延時器和泵浦激光源；雙色鏡的透射面的輸入光路包括信號激光源；雙色鏡的輸出光路包括依次放置的第一β-BaB₂O₄晶體、BaF₂晶體、第二β-BaB₂O₄晶體和分光片；