一种准参量啁啾脉冲放大器，包括信号光路、泵浦光路和放大器，信号光路依次包括钛宝石再生放大器，脉冲展宽器和脉冲压缩器；泵浦光路依次包括掺钕钒酸钇再生放大器，掺钕钇铝石榴石五级放大器，像传递系统，倍频晶体和光束收集器；泵浦和信号光路由电子位相锁定环联系起来同步工作；放大器是掺杂稀土离子的非线性晶体放大器，泵浦脉冲的能量不断流向啁啾信号脉冲并产生闲频脉冲，该闲频脉冲的能量又不断被晶体中掺杂的稀土离子吸收。本发明专利技术可以兼具传统激光放大器和光参量放大器的主要优点，为进一步提升超强激光系统的峰值功率铺平了道路。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及激光放大器，特别是一种高效率的准参量调嗽脉冲放大器。
技术介绍
调嗽脉冲放大(chi;rped-pulseamplification,W下简称为CPA)是产生超短超强 激光脉冲最常用也是最有效的一种技术。它先将超短脉冲展宽成长脉宽的调嗽脉冲，然后 利用放大器给调嗽脉冲补充能量，最后利用压缩器将其压回初始宽度，从而获得强的超短 脉冲。CPA技术可有效降低放大器中的脉冲峰值功率，从而可W避免高阶非线性效应和放大 介质的破坏。目前CPA主要依赖于两类放大器:能级型激光放大器和光参量放大器(optical parametricamplifier,简称为0PA)。激光放大器的优点是皮实、效率高，缺点是增益带宽 很小，无法支持周期量级超宽带脉冲的放大。在增益带宽方面，OPA要优于普通的激光放大 器，它和CPA的结合是产生超高峰值功率激光最有前景的一种技术，目前已经可W实现拍瓦 级峰值功率输出和数十毫焦耳的周期量级脉冲。然而所有的参量过程有一个共性问题:倒 流效应。所谓倒流效应是指:在饱和放大域，能量会从信号光和闲频光重新流向累浦光。运 种倒流效应限制了光参量调嗽脉冲放大器的极限性能。首先，倒流会降低放大效率。人们常 用的方法是通过各种优化设计使得在倒流发生之前尽量实现较高的能量转换，但是无法实 现理论极限的转换效率(累浦完全消耗）。使用复杂的空时脉冲整形技术可W实现目前最高 的34%的能量转换效率，但是一般系统的效率普遍在20%左右，远低于理论极限效率。另一 个方面，倒流使得光参量装置对位相匹配条件和累浦强度均匀性非常敏感，从而对累浦源 的光束质量提出了非常严格的要求。由于目前的高能累浦激光通常远离衍射极限，因此运 个特性阻碍了光参量调嗽脉冲放大装置峰值功率的进一步提升。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提出一种高效率的准参量调嗽脉冲放大器 (quasi-parametricamplification,简称为QPA)，本专利技术的核屯、原理是吸收放大过程新产 生的闲频光，阻止信号光能量的回流;具体途径为在非线性晶体放大器中渗杂一定量的稀 ±离子，稀±离子用于吸收闲频光。运种QPA在小信号放大阶段仍然是一个0PA，而在饱和放 大阶段呈现了非参量激光放大器的特征，可W支持宽带高效率的放大。本专利技术为进一步提 升脉冲峰值功率铺平了道路。 本专利技术的原理如下： 在普通非线性晶体放大器中发生的=波相互作用有一个本质属性:可W支持正向 (累浦光^信号光+闲频光)和反向（信号光+闲频光^累浦光）的能量转换。在OPA饱和放大 阶段，逆过程的发生（即倒流)会严重降低信号光的转换效率。倒流的过程需要闲频光的参 与，如果在闲频光产生的过程中不断将其吸收，则可W抑制倒流的发生。本专利技术正是基于运 种原理。 本专利技术的技术解决方案如下： -种准参量调嗽脉冲放大器，特点在于其构成包括:信号光路、累浦光路和放大 器，所述的信号光路依次是铁宝石再生放大器、脉冲展宽器和脉冲压缩器;所述的累浦光路 依次是渗钦饥酸锭再生放大器、渗钦锭侣石恼石五级放大器、像传递系统、倍频晶体和光束 收集器;所述的渗钦饥酸锭再生放大器和所述的铁宝石再生放大器由电子位相锁定环连接 并控制同步工作;所述的放大器是稀±离子渗杂的非线性晶体放大器，经所述的脉冲展宽 器输出的调嗽信号脉冲射向所述的非线性晶体放大器，经所述的倍频晶体输出的累浦脉冲 射向所述的非线性晶体放大器，所述的累浦脉冲的能量不断流向所述的调嗽信号脉冲，同 时产生闲频脉冲，剩余的累浦脉冲的能量由所述的光束收集器收集，所述的闲频脉冲的能 量又不断被所述的非线性晶体放大器中的稀±离子吸收，经所述的非线性晶体放大器放大 的调嗽信号脉冲经所述的脉冲压缩器输出。 所述的非线性晶体放大器中渗杂可W吸收闲频光的稀±离子，比如衫或礼，渗杂 浓度大于lOat%。 本专利技术的技术效果： 本专利技术准参量调嗽脉冲放大器在小信号放大阶段仍然是一个参量放大器，而在饱 和放大阶段类似一个非参量激光放大器。 由于抑制了倒流，所W本专利技术有两个明显的特点： -是可W实现高的转换效率，原理上可W实现量子极限效率。 二是对位相失配不敏感，从而降低了对累浦光光束质量、指向性W及环境溫度的 要求。 本专利技术兼容非共线位相匹配技术，从而可W实现宽带的放大。 本专利技术兼具传统激光放大器的高效率和OPA宽带宽的优点，是一款理想的、有前景 的调嗽脉冲放大器。它突破现有技术的局限，将调嗽脉冲放大至更高的功率水平。【附图说明】 图1为本专利技术准参量调嗽脉冲放大器的数值模拟结果。 图1(a)为空时高斯累浦下的信号效率Ils随晶体长度Z的变化曲线；实线和虚线分 别代表QPA和0PA;点线为理论最高效率。 图1(b)为空时4阶超高斯累浦下的信号效率Ils随晶体长度Z的变化曲线;实线和虚 线分别代表QPA和0PA;点线为理论最高效率。 图I(C)为大位相失配情况下，输出信号能量Es随晶体长度Z的变化曲线;实线和虚 线分别代表QPA和OPA;插图为QPA在初始的0.2mm晶体长度内的信号演化。 图1(d)为QPA输出信号能量Es(Z)随输入信号能量Es(O)的变化关系W及它的 化antz-Nodvik拟合;信号能量已对初始累浦能量Ep(O)归一化;方块为计算值，曲线为拟合 值;插图为QPA中信号效率Es随闲频吸收CtLnl的变化关系。 图He)为归一化的信号效率ris，闲频效率IU和残余的累浦能量Ep(Z)随晶体长度Z 的演化；《为相应光波的角频率，下标P，S，i分别表示累浦光、信号光和闲频光。 图2为本专利技术准参量调嗽脉冲放大器的结构示意图。 图3为实施例所用渗衫=棚酸氧巧锭(Sm:YC0B)晶体的吸收光谱和增益光谱。 图3(a)吸收光谱，测量方向（0 = 29°，阴影区域代表实验中采用的闲频光 波段;插图是Sm:YCOB晶体的毛巧照片。 图3(b)是累浦强度为2.8GW/cm2时30mm长的Sm=YCOB的增益光谱。图4为实施例的主要实验结果。图4(a)0PA与QPA中信号效率随注入强度的变化曲线； 图4(b)0PA与QPA中归一化的信号效率随位相失配AkL的变化曲线，测量采用的是 a图中对应的两者的最高注入强度； 图4(c)和(d)分别是OPA和QPA的信号光谱，其中虚线和实线对应的注入强度分别 为6.5和325kW/cm2，阴影部分表示注入的脉冲光谱；图4(e)和(f)分别是OPA和QPA对应的压缩脉冲宽度，其中实线代表实验数据，虚线 代表理论的傅氏变换极限。 图5为本专利技术实施例的信号光和闲频光的效率曲线，方块和实线分别代表信号效 率的实验值和理论模拟曲线，圆圈和虚线分别代表闲频光效率的实验值和理论模拟曲线。 图中：1为铁宝石再生放大器，2为脉冲展宽器，3为调嗽信号脉冲，4为渗杂稀±离 子的非线性晶体放大器，5为闲频脉冲，6为光束收集器，7为脉冲压缩器，8为电子位相锁定 环，9为渗钦饥酸锭再生放大器，10为渗钦锭侣石恼石五级放大器，11为像传递系统，12为倍 频晶体，13为累浦脉冲。【具体实施方式】下面结合附图和实施例进一步阐述本专利技术。 图1是一组数值模拟结果，用来说明准参量放大器的放大性质。计算采用包含闲频 光吸收(吸收系数为a)的全维度标本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种准参量啁啾脉冲放大器，特征在于其构成包括：信号光路、泵浦光路和放大器，所述的信号光路依次是钛宝石再生放大器(1)、脉冲展宽器(2)和脉冲压缩器(7)；所述的泵浦光路依次是掺钕钒酸钇再生放大器(9)、掺钕钇铝石榴石五级放大器(10)、像传递系统(11)、倍频晶体(12)和光束收集器(6)；所述的掺钕钒酸钇再生放大器(10)和所述的钛宝石再生放大器(1)由电子位相锁定环(8)连接并控制同步工作；所述的放大器是稀土离子掺杂的非线性晶体放大器(4)，经所述的脉冲展宽器(2)输出的啁啾信号脉冲(3)射向所述的非线性晶体放大器(4)，经所述的倍频晶体(12)输出的泵浦脉冲(13)射向所述的非线性晶体放大器(4)，所述的泵浦脉冲(13)的能量不断流向所述的啁啾信号脉冲(3)，同时产生闲频脉冲(5)，剩余的泵浦脉冲(13)的能量由所述的光束收集器(6)收集，所述的闲频脉冲(5)的能量又不断被所述的非线性晶体放大器(4)中的稀土离子吸收，经所述的非线性晶体放大器(4)放大的啁啾信号脉冲(3)经所述的脉冲压缩器(7)输出。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：钱列加，马金贵，王静，袁鹏，谢国强，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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