[發明專利]一種光參量放大方法及裝置

在審

• 申請號: 201811070250.7
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN110895377A
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 洪作飛;張慶斌;陸培祥
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: G02F1/39
• 分類號: G02F1/39
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮;孫方旭

本發明設計了一種光參量放大方法及裝置，將飛秒泵浦光與飛秒種子光分別展寬，并利用級聯的非線性晶體進行放大。在第一塊非線性晶體內泵浦光和種子光同步共線入射并進行光參量放大，產生放大的信號光和閑頻光，在非線性晶體后利用偏振片將豎直偏振的信號光濾除，透過的泵浦光與閑頻光輸入第二塊非線性晶體內進行后續放大，如此反復。每一級放大后均濾除信號光，僅保留泵浦光與閑頻光。本發明通過消除放大過程中的信號光脈沖，有效地抑制了光參量放大中的能量逆轉換，顯著提高了系統的能量轉換效率，有助于在光參量放大器中獲取高能量的閑頻光脈沖。

技術領域

本發明屬于屬于超快激光技術領域，尤其涉及一種光參量放大方法及裝置。

背景技術

高能量的飛秒激光脈沖在超快光學、非線性光學及強場激光物理等領域有著廣泛的研究和應用前景。因受到寬帶激光增益介質的限制，超短超強激光脈沖的產生主要位于可見光至近紅外波段。為了進一步拓展超短激光脈沖的應用范圍，需要將其中心波長向更長的中紅外波段(1-5μm)延伸。針對這一需求，光參量放大(Optical ParametricAmplification，OPA)因其增益帶寬大、可調諧范圍廣、幾乎沒有熱效應累積等優點，成為了將近紅外飛秒激光的頻率下轉換至中紅外波段、輸出高能量超短脈沖的首選方案。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。

在光參量放大中，一束高強度泵浦光與低強度種子光發生差頻作用，產生一束第三種頻率的閑頻光，這一過程中需要滿足能量守恒和相位匹配兩個條件。通常，當泵浦光強度大于信號光和閑頻光時，能量會由泵浦光轉移至后者，即對兩個脈沖實現放大；而當放大到一定程度后，信號光和閑頻光的強度超過泵浦光，能量則會以相反方向傳遞，即發生能量逆轉換。

光參量放大過程中的能量逆轉換會抑制系統的轉換效率，不利于高能量中紅外激光脈沖(閑頻光)的產生。因此，OPA系統中的非線性晶體厚度往往需要經過挑選，使得信號光和閑頻光被放大至飽和狀態附近，以避免逆轉換過程的發生。然而，在達到飽和狀態的OPA系統中，泵浦光還保留有大量的能量未能完全轉換，但在這種情況下卻不能通過繼續增加晶體的厚度以進一步提升系統轉換效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種光參量放大方法及裝置，通過濾除放大所得的信號光脈沖，抑制參量過程中的能量逆轉換，從而提高光參量放大器的能量轉換效率。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種光參量放大方法及裝置，包括泵浦激光源、種子激光源、泵浦光展寬器、種子光展寬器、二向色鏡、第一非線性晶體、第二非線性晶體、若干級非線性晶體組合、偏振濾光片一、偏振濾光片二和濾光片；泵浦激光源產生泵浦光，經過泵浦光展寬器得到啁啾泵浦光；種子激光源產生種子光，經過種子光展寬器得到啁啾種子光；泵浦光與種子光的偏振方向相互垂直，啁啾泵浦光和啁啾種子光通過二向色鏡合并，同步輸入至第一非線性晶體內進行第一級放大；第一級放大得到衰減的泵浦光、放大的信號光和放大的閑頻光，經過偏振濾光片一，相同偏振方向的泵浦光和閑頻光透過，并輸入至第二非線性晶體內進行第二級放大；第二級放大得到的信號光被偏振濾光片二濾除，透過相同偏振方向的泵浦光和閑頻光，輸入至若干級非線性晶體組合，經過若干級非線性晶體組合后所得的泵浦光、信號光和閑頻光經過濾波片，泵浦光和信號光被濾除，提取閑頻光脈沖。

按上述技術方案，泵浦激光源為飛秒泵浦激光源，種子激光源為飛秒種子激光源。

按上述技術方案，泵浦激光源產生水平偏振的泵浦光，種子激光源產生豎直偏振的種子光。

按上述技術方案，若干級非線性晶體組合包括第三非線性晶體、第四非線性晶體和偏振濾光片三，經過第三非線性晶體放大的信號光被偏振濾光片三濾除，透過相同偏振方向的泵浦光和閑頻光，輸入至第四非線性晶體內進行第四級放大。

按上述技術方案，閑頻光在每一級非線性晶體內均達到飽和能量。