通过N-波混合来产生或放大光脉冲的包括快速调制装置的非线性光学系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种通过N‑波混合产生或放大光脉冲的非线性光学系统，包括适用于接收至少一个第一光脉冲(51)和至少一个第二光脉冲(52、522)的非线性光学介质(20)。根据本发明专利技术，该系统包括快速调制装置(40)，用于调制在非线性光学介质(20)中的第二光脉冲(52)与第一光脉冲(51)之间的时间延迟；用于调制时间延迟的装置(40、41、42)，位于非线性光学介质(20)的上游，并且用于调制时间延迟的装置(40、41、42)至少在第一延迟值(R1)和第二延迟值(R2)之间被调制，以便通过在非线性光学介质(20)中的所述至少一个第一光脉冲(51)和至少一个第二光脉冲的N波混合来调制光脉冲(60)的产生或放大。

A nonlinear optical system including a fast modulation device that generates or amplifies optical pulses through N- wave mixing.

The present invention relates to a nonlinear optical system that produces or amplifies an optical pulse through a N wave mixing, including a nonlinear optical medium (20) suitable for receiving at least one first light pulse (51) and at least one second light pulse (52, 522). According to the invention, the system includes a fast modulation device (40) for modulating a time delay between second light pulses (52) and a first light pulse (51) in a nonlinear optical medium (20); a device (40, 41, 42) used for modulating time delay is located upstream of a nonlinear optical medium (20) and is used for modulating time delay. The position (40, 41, 42) is modulated at least between the first delay value (R1) and the second delay value (R2) so as to modulate the generation or amplification of the optical pulse (60) by mixing at least one first light pulse (51) in the nonlinear optical medium (20) and at least one of the N waves of the second light pulse.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过N-波混合来产生或放大光脉冲的包括快速调制装置的非线性光学系统
本专利技术涉及一种用于在紫外、可见或红外(UV、可见光、IR)光谱区域产生或放大高功率和/或高能量光脉冲的非线性光学系统。更确切地说，本专利技术涉及一种用于从通过至少三个波的混合操作的非线性光学系统来控制和快速调制脉冲序列的装置。混合脉冲序列用于产生或放大超短脉冲的非线性光学系统通常以高重复率发射脉冲，频率一般在50kHz到100MHz之间。在本文中，“光脉冲”指的是持续时间低于毫秒的短脉冲，或者持续时间在皮秒、亚皮秒或飞秒的超短脉冲。“高功率脉冲“指的是峰值功率在1kW至1GW之间的，并且优选的，高于或等于1MW的光脉冲，“高能量脉冲”是能量在100微焦耳和1千焦耳之间的，并且优选的，高于或等于1毫焦耳的光脉冲。
技术介绍
存在不同的非线性N-波混合光学系统，其中，N是大于或等于3的自然整数。在非线性光学中，N-波混合主要包括其中三个电磁波在非线性介质中相互作用时发生能量转移的三波混合，以及其中四个电磁波在非线性介质中相互作用时发生能量转移的四波混合。此外，三波混合还可以应用于和频，特别是倍频、频差和光参量放大。图1示意性示出了配置用于光学倍频的传统非线性光学系统，也称为二次谐波的产生。第一激光源11产生由给定重复频率的光脉冲形成的第一信号源51。第二激光源12产生由在第一信号源51的光脉冲上同步的光脉冲形成的第二信号源52。这里两个激光源11、12具有相同的波长。两个光脉冲信号51、52指向非线性光学介质20。非线性光学介质可以是固体介质，例如LBO、BBO、KDP晶体或光纤，或者也可以是气体介质。在光频等于两个激光源11、12的光频的两倍并且与两个源11、12具有相同的重复频率时，两个源信号51、52在非线性光学介质20中的空间和时间的叠加使得能够产生由光脉冲组成的输出信号60。图2示意性地示出了配置用于光脉冲的光学参量放大的非线性光学系统的另一个实例。相同的参考符号表示与图1中类似的组件。通常两个激光源11、12具有大致相同的重复频率，然而脉冲的相应持续时间不必是相同的。与图1不同，在图2中，两个激光源11、12通常不具有相同的波长。由高能量脉冲组成的泵浦光束52被发送至非线性光学介质20中，以与较低能量的信号光束51相结合。在某些情况下，并且特别是泵浦光束12和信号光束11的脉冲在非线性光学介质20中的空间和时间上叠加时，可以发生从泵浦光束12向信号光束11的能量转移，从而产生伴随发射低能量剩余光束62的放大光束61。因此，这种光学参量放大技术能够将信号51放大形成所谓的放大信号61。N-波混合的不同物理过程是非线性光学的瞬时现象，需要所涉及的所有脉冲的空间和时间上的叠加。输出脉冲的发射率通常是固定的，根据所使用的架构和光脉冲束所需的特征。“主震荡器，功率放大器”(MOPA)架构通常用于制造高功率光脉冲激光源。在这种情况下，激光源的主振荡器以给定速率产生源脉冲，然后这些源脉冲在一个或多个放大阶段中被放大。现在，对于某些应用程序，用户可能需要改变由非线性光学转换产生的信号的脉冲率，或者甚至完全中断然后重新发射。在非线性光学系统中产生或放大的脉冲序列的命令或控制可能具有不同的目的。在某些情况下，需要一个快门用于在N-波混合系统的输出端关闭或打开从一个脉冲到下一个脉冲的光束。在其它情况下，需要一个降频器以低于激光源振荡器的重复频率产生输出信号，例如通过从两个、三个或者N个脉冲中选择一个。此外，期望具有能够根据需要产生脉冲的控制系统，脉冲的发射可以根据用户的需求通过电子控制信号来触发。目前已知的技术是改变非线性光学转换系统上游的拍摄频率。然而，这种频率上的改变通常会导致输出光束特征(脉冲能量和持续时间、形状和质量)的改变。在某些架构中，非线性光学(NLO)介质之前的发射频率的改变可能产生超功率脉冲并导致非线性光学介质的退化甚至破坏。通常用于控制脉冲序列的另外一种技术是将声光或者电光类的光学调制器放置在非线性光学转换系统的输出端。这样的光学调制器在激活时能够改变通过它的脉冲的属性，以便随后能够将它们与其它脉冲在空间上分开。然而，电光或声光学调制器的速度目前仅限于10MHz的数量级。另一方面，放置在非线性光学转换系统输出端的光学调制器可以引起功率损耗。声光学调制器造成的这些损耗大约是10％至20％，而电光学调制器造成的损耗大约是5％。最后，对于高功率激光器，如果将其放置在放大链的末端，那么激光束有可能损坏光学调制器。因此，在非线性光学转换器系统的输出端布置光学调制器受到很大限制。
技术实现思路
为了弥补上述现有技术上的缺陷，本专利技术提出了一种通过N-波混合来产生或放大光脉冲的非线性光学系统，其中N是大于或等于三的自然整数，包括适于接收具有相同数量级的相应持续时间的至少一个第一光脉冲和至少一个第二光脉冲的非线性光学介质。具体来说，本专利技术提出了一种用于产生或放大光脉冲的非线性光学系统，其中包括用于调制非线性光学介质中的第二光脉冲与第一光脉冲之间时间延迟的装置，这一装置被安放在非线性光学介质的上游，适用于接收彼此同步的第一光脉冲和第二光脉冲，并且能够在至少一个第一延迟值和至少一个第二延迟值之间转换时间延迟，从而通过对非线性光学介质中至少一个第一光脉冲和至少一个第二光脉冲进行N-波混合来调制光脉冲的产生或放大。该时间延迟调制装置能够有利的控制由N波混合产生的输出脉冲序列速率。此系统仅仅受到所用时间延迟调制装置切换速度的限制。这种具有时间延迟调制的非线性转换脉冲系统使其可以通过N-波混合，从光源的最大速率到单个脉冲以及由N-波混合产生的信号完全消失，按照需求产生脉冲。时间延迟调制装置可优先在第一延迟值和第二延迟值之间切换，配置第一延迟值，从而使得所述的非线性光学介质中至少一个第一光脉冲和至少一个第二光脉冲在空间和时间上重合，并且配置非线性光学介质，通过所述至少一个第一光脉冲和至少一个第二光脉冲的N-波混合来产生或者扩大的光脉冲，其中N是大于或等于三的整数，并且，配置第二延迟值，使得第二光脉冲相对于非线性光学介质中的第一光脉冲有时间延迟，第二延迟值可通过在非线性光学介质中至少一个光脉冲和至少一个第二光脉冲的N-波混合来进行限制或扩大。在本文中，通过N-波混合来限制产生或放大意味着将N-波混合产生的光脉冲限制为预定振幅或强度，例如，对于第一延迟值由N-波混合产生的脉冲的50％，或低于10％，并且最好是小于1％或1‰。该时间延迟调制装置能够有利地控制输出脉冲序列的速率。其仅受限于所用时间延迟调制装置的切换速度。这种具有时间延迟调制的非线性转换脉冲系统使其能够通过N-波混合，从光源的最大速率到单个脉冲以及由N-波混合产生的信号完全消失。因为时间延迟在非线性光学介质的上游被调整，所以该时间延迟调制装置在非线性光学介质的输出端不产生功率损耗。该调制装备不受限于脉冲功率或能量。在非线性光学介质中进行的非线性转换的类型和所产生或放大的脉冲的持续时间无关。此外，调制装置由非线性过程产生的波长无关，这在频率可调谐系统的情况下是非常有利的。单独或根据技术上可能的组合考虑，包括时间延迟调制装置的系统的其他非限制性和有利特征如下：—该系统包括安装在非线性光学介质输出端的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通过N‑波混合来产生或放大光脉冲(60、61)的非线性光学系统，所述非线性光学系统包括适于接收具有相同数量级的相应持续时间的至少一个第一光脉冲(51、53)和至少一个第二光脉冲(52、522)的非线性光学介质(20)，其中，用于产生或放大所述光脉冲的所述非线性光学系统包括：调制装置(40、41、42)，适于接收彼此同步的所述第一光脉冲(51、53)和所述第二光脉冲(52、522)，并调制在所述非线性光学介质(20)中的所述第二光脉冲(52)和所述第一光脉冲(51)之间的时间延迟，所述时间延迟调制装置(40、41、42)从所述非线性光学介质(20)的上游布置，并且所述调制装置(40、41、42)适于切换在至少一个第一延迟值(R1)分别与第二延迟值(R2)之间的时间延迟，从而通过在所述非线性光学介质(20)中的至少一个所述第一光脉冲(51)和至少一个所述第二光脉冲的N‑波混合来调制所述光脉冲(60)的产生或放大。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.19 FR 15599501.一种用于通过N-波混合来产生或放大光脉冲(60、61)的非线性光学系统，所述非线性光学系统包括适于接收具有相同数量级的相应持续时间的至少一个第一光脉冲(51、53)和至少一个第二光脉冲(52、522)的非线性光学介质(20)，其中，用于产生或放大所述光脉冲的所述非线性光学系统包括：调制装置(40、41、42)，适于接收彼此同步的所述第一光脉冲(51、53)和所述第二光脉冲(52、522)，并调制在所述非线性光学介质(20)中的所述第二光脉冲(52)和所述第一光脉冲(51)之间的时间延迟，所述时间延迟调制装置(40、41、42)从所述非线性光学介质(20)的上游布置，并且所述调制装置(40、41、42)适于切换在至少一个第一延迟值(R1)分别与第二延迟值(R2)之间的时间延迟，从而通过在所述非线性光学介质(20)中的至少一个所述第一光脉冲(51)和至少一个所述第二光脉冲的N-波混合来调制所述光脉冲(60)的产生或放大。2.根据权利要求1所述的用于通过N-波混合来产生或放大光脉冲(60、61)的非线性光学系统，其中，所述时间延迟调制装置(40、41、42)能够在所述第一延迟值(R1)和所述第二延迟值(R2)之间切换，-所述第一延迟值(R1)被配置以使在所述非线性光学介质(20)中至少一个所述第一光脉冲(51)和至少一个所述第二光脉冲(52)在时间和空间上彼此叠加，并且所述非线性光学介质(20)被配置为通过N-波混合至少一个所述第一光脉冲(51)和至少一个所述第二光脉冲(52)来产生或放大所述光脉冲(60)，其中，N是一个大于或等于三的整数，并且-第二延迟值(R2)被配置以使在所述非线性光学介质(20)中所述第二光脉冲(522)相对于至少一个所述第一光脉冲(51、53)具有时间延迟，所述第二延迟值(R2)适于限制通过N-波混合在所述非线性光学介质(20)中的至少一个所述第一光脉冲(51、53)和至少一个所述第二光脉冲(522)而产生或放大所述光脉冲。3.根据权利要求1或2所述的系统，进一步包括布置在所述非线性光...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·莫林，克莱门斯·霍宁格尔，马丁·德莱格，
申请(专利权)人：安谱特，
类型：发明
国别省市：法国,FR