[發明專利]一種基于再生放大器的高效腔內激光諧波轉換裝置

有效

• 申請號: 202110141232.9
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112968343B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 馮壬譽;李儒新;冷雨欣;彭宇杰;李妍妍;錢俊宇;王溫予
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/081;H01S3/10
• 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

一種基于再生放大器的高效腔內激光諧波轉換裝置，是將高能量低重復頻率的激光脈沖從偏振分光棱鏡上變為S偏振光入射，通過被施加1/2波電壓的普克爾盒(隨后撤掉電壓)變為P偏振光。通過高反鏡反射后進入充氣空芯光纖，相互作用產生高次諧波，隨后在偏振片上透射輸出產生的高次諧波，其余未轉換為高次諧波的入射光被反射后通過泵浦源補充損失能量、高反鏡反射后開始下一次循環輸出。本發明裝置通過適當設計各個光學器件間的距離，可以縮短腔長，可以減少激光在其中循環輸出的時間，有效解決常規方法產生的高次諧波重復頻率低的問題，實現高效高重復頻率的可控諧波輸出。

技術領域

本發明涉及超快激光技術領域，特別是一種基于再生放大器的高效腔內激光諧波轉換裝置。

背景技術

作為比飛秒脈沖脈寬更短的阿秒脈沖，是化學反應中電子運動的時間尺度。阿秒脈沖在研究原子分子的超快電子動力學、凝聚態物理的超快電子過程中有著廣泛的應用前景。產生阿秒脈沖主要有三種方法：高次諧波法、自由電子加速器、等離子體反射鏡，目前，使用較多的是高次諧波法。

高次諧波發生裝置主要有空芯波導和噴氣兩種。不管是空芯波導還是噴氣法，都是利用高能量的飛秒激光脈沖聚集到氣體靶上相互作用來產生高次諧波的。這種方法使得一般高次諧波的產生效率都很低，大約為10^-6左右，為了增加產生的高次諧波的能量，我們必須極大地增強入射激光脈沖的能量。

由于在產生高次諧波過程中入射脈沖能量很高，又因為增益介質的熱效應制約，高重復頻率和高脈沖能量是有抵觸的，這使得用來產生高次諧波的激光脈沖都是低重頻的，產生諧波的重復頻率也就很低。

因此，將低重頻、高能量的激光脈沖和充氣波導的作用過程放到一個再生放大腔內，適當減小腔長，讓產生的高次諧波循環輸出，是提升最終產生高次諧波的重復頻率的一個重要方法。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的上述問題，提供一種基于再生放大器的高效腔內激光諧波轉換裝置，讓產生的高次諧波循環輸出，提升最終產生高次諧波的重復頻率。

本發明的技術解決方案如下：

一種基于再生放大器的高效腔內激光諧波轉換裝置，其特點在于，包括偏振分光棱鏡、普克爾盒、第一高反鏡、第二高反鏡、入射透鏡窗口、充氣空芯光纖、出射透鏡窗口、偏振片、泵浦源和第三高反鏡；

入射光入射到偏振分光棱鏡上，入射光中S光被45度反射后射入普克爾盒，該普克爾盒施加1/2波電壓，使S光經過普克爾盒變成P光后，關閉1/2波電壓；

所述的P光依次經所述的第一高反鏡和第二高反鏡反射后，入射低重復頻率的中紅外波段光束通過入射透鏡窗口5聚焦到充氣空芯光纖中產生高次諧波，并通過出射透鏡窗口后，入射到偏振片上，該偏振片將產生的高次諧波透射輸出，剩余未轉換成高次諧波的入射光被全反射，并經過泵浦源放大補償后經過第三高反鏡再次入射到所述的偏振分光棱鏡1上，開始下一次循環。

入射光可以是較低重復頻率的光，1-1KHZ，能量為1J，因為高次諧波轉換效率較低，所以入射能量需要大一點。入射光經過偏振分光棱鏡，S偏振的入射光被45度反射進入再生放大器裝置，P偏振的光透射，入射光由此變為s偏振光入射到裝置內。

在入射光被偏振分光棱鏡反射后我們對普克爾盒施加1/2波電壓，入射S偏振的線偏振光變為P偏振的線偏振光，隨后普克爾盒關閉，入射光經過第一高反鏡、第二高反鏡反射后入射至充氣空芯光纖中與氣體靶相互作用產生高次諧波。

通過入射窗口的透鏡聚焦，進入充氣空芯光纖中，加長的空芯光纖增加了激光與氣體的作用距離，保證了出射的光束質量，提升了高次諧波的產生效率。1J的入射脈沖，通過充氣空芯光纖可以產生1μJ高次諧波，效率達到10^-6，隨后產生的高次諧波和未轉換為高次諧波的剩余入射光通過透鏡窗口出射。