[發明專利]高能量中紅外飛秒激光器及其中紅外飛秒激光產生方法

在審

• 申請號: 202110594271.4
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113328332A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 代世波;朱思祁;張沛雄;尹浩;李真;陳振強
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/06;H01S3/16
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 雷芬芬

本發明公開了一種高能量中紅外飛秒激光器及其中紅外飛秒激光產生方法，該激光器包括依次設置的中紅外皮秒脈沖激光光路、中紅外激光放大器和脈沖壓縮器；其中，中紅外激光放大器采用多沖程板條放大結構。本發明采用多沖程板條結構放大中紅外超短脈沖激光，具有模式匹配好、制冷效果佳、熱效應小、增益高等諸多優點，可以獲得高能量、高效率、高光束質量的中紅外超短脈沖激光輸出。

技術領域

本發明涉及超快激光技術領域，具體涉及一種高能量中紅外飛秒激光器及其中紅外飛秒激光產生方法。

背景技術

中紅外飛秒激光在熱成像、環境監測、中紅外制導、光電對抗等領域具有廣泛的應用。特別的，高脈沖能量的中紅外飛秒激光在強場物理、阿秒科學、高次諧波產生、頻率梳精密測量等應用領域有著獨特的優勢。

目前，主要通過將可見光波段或近紅外波段的飛秒激光參量下轉換產生中紅外飛秒激光，包括光參量振蕩(OPO)和光參量放大(OPA)等方式。利用OPO產生中紅外飛秒激光需要采用同步泵浦技術，因此對諧振腔調節精度要求極高，導致激光系統的抗環境干擾能力差；另外，受限于諧振腔的光學長度，通過OPO產生的中紅外飛秒激光的重復頻率通常為百兆赫茲量級，因此單脈沖能量往往很低(僅數十nJ)，難以滿足實際應用的需求。OPA是目前產生高能量中紅外飛秒激光的主流方式，其產生的單脈沖能量可達mJ量級，但是OPA通常采用多級放大，并且每一級放大都要嚴格保證泵浦光與閑頻光在時間上同步和空間上重疊，因此調節難度大、系統復雜且成本高；另外，OPA過程中泵浦光和閑頻光之間容易出現逆轉換效應，從而破壞閑頻光的時域波形和相干性，因此通常需要將OPA的轉換效率壓制在較低的水平。2019年，文獻1[E.Migal,A.Pushkin,B.Bravy etal.,3.5-mJ 150-fs Fe:ZnSehybrid mid-IR femtosecond laser at 4.4μm for driving extreme nonlinearoptics,Optics Letters 44(10),2550-2553(2019)]在利用OPA產生低能量中紅外飛秒激光的基礎上通過塊狀Fe:ZnSe晶體啁啾脈沖放大(CPA)中紅外飛秒激光，最后實現了3.5mJ的4.4微米中紅外飛秒激光輸出。盡管該方案獲得了較高能量的中紅外飛秒激光輸出，但是仍然采用了3級OPA系統，因此依然存在調節難度大、系統復雜、成本高、轉換效率低等問題；另外，受限于塊狀Fe:ZnSe晶體的增益能力和散熱能力，難以進一步提高中紅外飛秒激光的脈沖能量。文獻2[L.J.He,K.Liu,Y.Bo etal.,30.5-μJ,10-kHz,picosecond opticalparametric oscillator pumped synchronously and intracavity by a regenerativeamplifier,Optics Letters 43(3),539-542(2018)]提出利用再生放大OPO技術將高重頻(76MHz)、低能量(22.4nJ)的1微米皮秒激光轉換為低重頻(10kHz)、高能量(30.5μJ)的1.5微米皮秒激光，該方案僅需要OPO腔的光學長度與再生放大腔的光學長度保持一致，從而降低了對諧振腔調節精度的要求。這種技術從原理上可以產生較高能量的中紅外皮秒脈沖激光，但是受限于非線性光學晶體的損傷閾值并且沒有考慮色散補償，因此難以產生高能量(mJ量級)的中紅外飛秒脈沖激光。

因此，行業內急需研發一種結構簡單、能產生高能量、高效率、高光束質量的中紅外飛秒激光的激光器。

發明內容

本發明的目的是為了克服以上現有技術存在的不足，提供了一種能產生高效率、高光束質量的高能量中紅外飛秒激光器及其中紅外飛秒激光產生方法。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：

一種高能量中紅外飛秒激光器，包括依次設置的中紅外皮秒脈沖激光光路、中紅外激光放大器和脈沖壓縮器；其中，中紅外激光放大器采用多沖程板條放大結構。