[發(fā)明專利]一種基于光參量啁啾脈沖放大的徑向或角向偏振光激光裝置

有效

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• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112600056B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 錢俊宇;彭宇杰;冷雨欣;李儒新;李妍妍;黎文開;邵蓓捷;呂欣林;馮壬譽
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/00
• 分類號: H01S3/00;H01S3/08
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種基于光參量啁啾脈沖放大的徑向或角向偏振光激光裝置，采用皮秒激光作為泵浦源，徑向或角向偏振光作為種子源，分別用分束片各分成兩束后，合并后輸入至非線性放大晶體內(nèi)，獲得兩束高能量部分徑向或角向偏振光。兩束高能量部分徑向或角向偏振光各自經(jīng)過壓縮器后，一束利用半波片旋轉(zhuǎn)偏振方向90°和另一束高能量非均勻飛秒徑向或角向偏振光用合束鏡合束。本發(fā)明通過對兩路徑向或角向偏振光分別用OPCPA放大后再合束，能夠有效地實現(xiàn)徑向或角向偏振光的放大，較好地保持徑向或角向偏振光的屬性特征，從而獲得一束高能量飛秒徑向或角向偏振光。本發(fā)明能夠有效地解決傳統(tǒng)的OPCPA由于徑向或角向偏振光的偏振方向不均勻而造成無法放大的問題，實現(xiàn)高能量的徑向或角向偏振光激光輸出。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超快激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于光參量啁啾脈沖放大的徑向或角向偏振光激光裝置。

背景技術(shù)

徑向或角向偏振光是一種空間非均勻偏振光，在空間不同位置的偏振狀態(tài)不同，并且光束橫截面偏振態(tài)分布呈現(xiàn)軸對稱或環(huán)形分布，并且由于光斑中心存在相位奇點導(dǎo)致中心位置電場振幅為零，光斑的強度呈現(xiàn)出空心環(huán)狀分布。徑向或角向偏振光因其獨特的偏振和強度分布特性，帶來了很多潛在的應(yīng)用價值，包括粒子捕獲、高精度金屬材料加工、超分辨顯微技術(shù)、表面等離子體激發(fā)及激光加速等領(lǐng)域，具有巨大的應(yīng)用潛力的價值。

而高能量飛秒徑向或角向偏振光在強場物理領(lǐng)域有著非常廣闊的前景，由于徑向或角向偏振光大數(shù)值孔徑聚焦系統(tǒng)的強聚焦后形成較強的縱向電場，可以直接由于電子的加速，并且可以突破傳統(tǒng)相干光場的經(jīng)典衍射極限，得到更小的聚焦光斑尺寸和更高的能量密度。同時，徑向或角向偏振光的橫向電場把電子囚禁在聚焦光斑的中心，提高了電子密度的同時，壓縮了單能電子束的發(fā)散角。因此，搭建高能量飛秒徑向或角向偏振光激光系統(tǒng)具有非常廣闊的研究前景。

然而，徑向或角向偏振光的不同空間位置有著不同的偏振狀態(tài)，傳統(tǒng)的光參量啁啾脈沖放大(OPCPA)激光系統(tǒng)受限于光柵對激光偏振的要求以及放大晶體的相位匹配要求等，無法完整地放大徑向或角向偏振光，從而造成輸出徑向或角向偏振激光的質(zhì)量非常差。

因此，通過利用雙路放大合束的方法，采用分兩路放大后，再進行相干合束的方法來產(chǎn)生高能量飛秒徑向或角向偏振光，是解決上述問題的一個重要方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種基于光參量啁啾脈沖放大的徑向或角向偏振光激光裝置，本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種基于光參量啁啾脈沖放大的徑向或角向偏振光激光裝置，其特點在于：包括飛秒激光種子源、展寬器、波長轉(zhuǎn)換裝置、皮秒激光器、渦旋波片、信號光分束片、泵浦光分束片、雙色鏡、非線性晶體、壓縮器、延時器、半波片和合束鏡；

所述的飛秒激光種子源產(chǎn)生飛秒種子光，經(jīng)展寬器時域展寬后，形成皮秒種子光；該皮秒種子光經(jīng)渦旋波片轉(zhuǎn)化為徑向或角向偏振種子光；

所述的飛秒激光種子源產(chǎn)生飛秒種子光，通過波長轉(zhuǎn)換裝置注入所述的皮秒激光器，形成皮秒泵浦光；

所述的徑向或角向偏振種子光經(jīng)所述的信號光分束片分成相同的兩束，并且皮秒泵浦光經(jīng)泵浦光分束片分成相同的兩束，兩路的徑向或角向偏振種子光和皮秒泵浦光分別利用雙色鏡共線入射至非線性晶體內(nèi)，經(jīng)放大后，獲得兩束相同的高能量部分徑向或角向偏振光；

將所述的兩束高能量部分徑向或角向偏振光，經(jīng)過壓縮器壓縮后，形成兩束高能量飛秒部分徑向或角向偏振光，一束利用半波片將偏振方向旋轉(zhuǎn)90°后，和另一束通過合束鏡合束，從而獲得一束高能量飛秒徑向或角向偏振光；所述的兩束高能量飛秒部分徑向或角向偏振光之間的時域重合通過延時器調(diào)節(jié)。

所述的展寬器用于將脈寬展寬至皮秒量級。

所述的壓縮器用于將脈寬壓縮至飛秒量級。

所述的展寬器為正色散展寬器，可通過調(diào)節(jié)光柵位置調(diào)節(jié)展寬器引入的色散量。