[發明專利]全立體空間相位匹配提升寬帶OPCPA性能的方法

有效

• 申請號: 202110141229.7
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112859479B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 陳麗明;於亮紅;梁曉燕;李進峰;王傲天;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;上海科技大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/39
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發明涉及一種全立體空間相位匹配提升寬帶OPCPA性能的方法，其特征在于通過在雙軸非線性晶體全立體空間內求解最優相位匹配角度，獲得非線性光參量啁啾脈沖放大(OPCPA)超寬的增益帶寬和較高的有效非線性系數,實現最優化的相位匹配及OPCPA過程，同時該方法也拓展了非線性晶體OPCPA支持的波段范圍。本發明適用于高重頻OPCPA激光裝置，也適用于數拍瓦級激光裝置的主放大器。

技術領域

本發明涉及超短脈沖技術領域，特別涉及一種全立體空間相位匹配提升寬帶OPCPA性能的方法。

背景技術

非線性光參量啁啾脈沖放大(OPCPA)技術是實現拍瓦(PW：10¹⁵W)級乃至百PW級放大的一大技術途徑。隨著激光技術和激光材料技術的發展，超強超短激光的輸出功率越來越高，可以為激光物理實驗提供更加極端的條件。

由于OPCPA技術在放大過程中不會產生寄生振蕩效應，而且具有高信噪比、低系統B積分、寬增益帶寬以及高單程增益等性能，大口徑高能OPCPA在未來有望突破百PW甚至艾瓦(EW：10¹⁸W)放大。在2015年，上海光學精密機械研究所基于100mm*100mm的LBO晶體實現1PW的高能OPCPA放大輸出；在2017年，中物院八所基于兩塊級聯LBO晶體實現4.9PW的寬帶放大輸出，驗證OPCPA技術可實現拍瓦乃至數拍瓦級超強超短激光脈沖放大。

在目前的OPCPA系統中，絕大多數OPA采用主平面(XOZ、YOZ，XOY平面)I類相位匹配模式。例如基于LBO晶體在800nm寬帶OPCPA放大過程中，相位匹配角為θ＝90°，φ＝13.85°，相位匹配在XOY平面上；基于YCOB晶體的OPCPA相位匹配角為θ＝26.5°，φ＝180°或0°，相位匹配在XOZ平面上。處于主平面的相位匹配模式有計算和晶體切割比較簡單，實驗調節要求比較低，單位長度走離角度小等優點，但對于某些雙軸晶體，主平面匹配不一定是唯一的匹配模式。處于主平面的相位匹配由于特殊角度的限制(θ或φ＝0°，90°，180°)，往往可支持的增益帶寬和有效非線性系數并不是處于最大值，可以在非主平面整個立體空間范圍內尋找最佳的相位匹配，以獲得非線性晶體所支持的最大帶寬和最大的有效非線性系數，實現最優化的相位匹配方式。

發明專利“特殊切角的硼酸氧鈣稀土鹽激光倍頻晶體【專利號：99112260.7】”描述了YCOB晶體在立體空間內的特殊角度(θ＝65.9°±5°，φ＝36.5°±5°或者＝66.3°±5°，φ＝143.5°±5°)下實現了最優倍頻相位匹配，解決了當時倍頻轉換效率低的問題。但是該專利給出的立體空間角度只適用于YCOB晶體在單波長(1064nm)倍頻至532nm的倍頻角度，而不能解決雙軸晶體立體空間內OPCPA最優的相位匹配角求解問題。

發明內容

本發明的目的是為了突破傳統非線性晶體在主平面相位匹配寬帶OPCPA的限制，提升寬帶OPCPA輸出性能，提供一種全立體空間相位匹配提升寬帶OPCPA性能的方法，通過在雙軸非線性晶體全立體空間內求解最優相位匹配角度，在獲得非線性OPCPA超寬的增益帶寬和較高的有效非線性系數的同時，也拓展了非線性晶體OPCPA支持的波段范圍來實現最優化的非線性光參量放大。

為實現上述發明的目的，本發明的技術解決方案如下：

本發明通過在雙軸非線性晶體全立體空間內求解最優相位匹配角度，在獲得非線性光參量啁啾脈沖放大超寬的增益帶寬和較高的有效非線性系數，實現最優化的相位匹配及OPCPA過程，同時也拓展了非線性晶體OPCPA支持的波段范圍。一種全立體空間相位匹配提升寬帶OPCPA性能的方法，具體步驟如下：

步驟1、給定初設的非共線角度α，非共線角度α為泵浦光和信號光在晶體內部的夾角，一般為0°≤α≤5°；