[發明專利]一種寬帶光參量啁啾脈沖放大器

有效

• 申請號: 201710316366.3
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN106911056B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 鐘亥哲;李瑛;梁宇海;楊建龍;王世偉;范滇元
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H01S3/00
• 分類號: H01S3/00;G02F1/39
• 代理公司: 深圳市恒申知識產權事務所(普通合伙) 44312
• 代理人: 王利彬

本發明適用于激光技術領域，提供了一種寬帶光參量啁啾脈沖放大器，其包括窄帶皮秒激光器、脈沖激光展寬器、光學耦合鏡、擴/縮束系統、周期性極化晶體、分光鏡以及脈沖激光壓縮器。其中，具有周期性疇反轉結構的周期性極化晶體用于將生成的閑頻光、與啁啾脈沖激光/泵浦光進行分離，從而抑制所述寬帶光參量啁啾脈沖放大器進入飽和放大后的能量回流；及實現寬帶寬的光參量啁啾脈沖放大。該寬帶光參量啁啾脈沖放大器不但能抑制信號光能量的回流，還有極寬的增益帶寬，得益于脈沖能量(轉換效率)與脈沖寬度(增益帶寬)的同步優化，大大提升了該寬帶光參量啁啾脈沖放大器的可輸出最高峰值功率，提高了光參量啁啾脈沖放大器的性能。

技術領域

本發明屬于激光技術領域，尤其涉及一種寬帶光參量啁啾脈沖放大器。

背景技術

光參量啁啾脈沖放大(Optical Parametric Chirped-Pulse Amplification，OPCPA)是提升超短脈沖激光能量的常用技術。OPCPA的基本原理是將低能量的飛秒超短脈沖激光展寬成皮秒或納秒的啁啾脈沖(展寬后脈寬與泵浦光相當)，再以窄帶的高能量脈沖激光為泵浦光，對超短脈沖激光進行光參量放大，最后在輸出端以光柵壓縮器將放大后的啁啾脈沖信號重新壓縮至飛秒量級。然而所有參量過程都會受制于能量的回流，回流是指當泵浦光強烈衰減，參量過程進入飽和放大的時候，能量會由啁啾脈沖激光和閑頻光重新流向泵浦光。為了避免回流的發生，目前通常是借助各種優化設計，在倒流發生之前盡量實現較高的能量轉換，使用復雜的空時脈沖整形技術，使啁啾脈沖激光、泵浦光的能量分布更為均勻，可以實現最高～65％的能量轉換效率。此外，利用非線性材料自身對特定激光波長的吸收，使閑頻光恰好能夠被晶體持續吸收，可以有效抑制啁啾脈沖激光能量的回流。

但是，利用時空整形技術使不同時空區域的啁啾脈沖激光同步光參量放大，雖然可以在回流出現前得到足夠的轉換效率，但這種方法的實施難度較大，更重要的是對泵浦光，甚至啁啾脈沖激光的時空波形都有很大限制；而利用非線性材料自身對特定激光波長的吸收，抑制啁啾脈沖激光能量回流的技術方案并不適用于易吸收的激光波長(例如3-5μm的中紅外激光)，而且，吸收帶來的熱效應還會對光參量啁啾脈沖放大器造成影響。

此外，相位匹配帶寬是光參量啁啾脈沖放大器增益帶寬的決定因素之一。相位匹配帶寬是指：對寬光譜的飛秒激光而言，通常只有其中心波長能夠滿足相位匹配(Δk＝0)，其余偏離中心波長的光譜成分均存在不同程度的相位失配(Δk≠0)，隨著|Δk|的增加，光參量放大的轉換效率迅速降低，一般將特定|Δk|范圍內的超短脈沖激光的光譜帶寬稱為相位匹配帶寬。超短脈沖激光的脈寬越短，所包含的光譜就越寬，對光參量啁啾脈沖放大器相位匹配帶寬的要求也越高。可輸出最高峰值功率是評價光參量啁啾脈沖放大器性能的最為重要的參數之一，脈沖激光的峰值功率由脈沖能量與脈沖寬度共同決定。在一定的泵浦光能量以及超短脈沖激光注入條件下，泵浦光能量的轉換效率決定了超短脈沖激光的輸出能量，而光參量放大的增益匹配帶寬則是衡量其可輸出最短脈沖激光的關鍵指標。

因此，由于受到能量回流以及增益帶寬窄化的限制，現有的光參量啁啾脈沖放大器的可輸出最高峰值功率受到極大影響，進而降低了光參量啁啾脈沖放大器的性能。

發明內容

本發明提供了一種寬帶光參量啁啾脈沖放大器，旨在同時解決現有光參量啁啾脈沖放大器中的能量回流問題以及增益帶寬窄化問題，實現轉換效率與增益帶寬的同步優化，提高光參量啁啾脈沖放大器的性能。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種寬帶光參量啁啾脈沖放大器，該寬帶光參量啁啾脈沖放大器包括：

脈沖激光展寬器，用于對入射的超短脈沖激光進行啁啾展寬，以使得到的啁啾脈沖激光的脈寬與入射的泵浦光的脈寬相同，所述啁啾脈沖激光進入光學耦合鏡；

所述光學耦合鏡，用于使所述啁啾脈沖激光與所述入射的泵浦光空間耦合，并一同進入周期性極化晶體；