基于串行OPA的超宽带高通量啁啾脉冲放大器制造技术

一种基于串行光学参量放大的超宽带高通量啁啾脉冲放大器，该系统将总的泵浦能量平均分配在多块非线性晶体上，利用光学参量放大技术分别放大种子激光光谱的不同部分，从而有效利用非线性晶体的增益带宽。本发明专利技术可利用小口径的非线性晶体获得更大的输出能量和光谱带宽，结构简单，易于实现，经过本发明专利技术放大获得的高通量超宽带啁啾激光压缩后可以用于强场粒子加速，阿秒脉冲产生等强场激光物理实验。

UWB high throughput chirped pulse amplifier based on serial OPA

An ultra-wideband high-throughput chirped pulse amplifier based on serial optical parametric amplification is proposed. The system distributes the total pumping energy equally among several nonlinear crystals, and amplifies different parts of the seed laser spectrum by optical parametric amplification technology, thus effectively utilizing the gain bandwidth of nonlinear crystals. The invention can utilize small aperture nonlinear crystal to obtain larger output energy and spectral bandwidth, has simple structure and is easy to realize. The high-throughput ultra-wideband chirped laser compressed by the amplification of the invention can be used for high-field particle acceleration, attosecond pulse generation and other high-field laser physical experiments.

【技术实现步骤摘要】
基于串行OPA的超宽带高通量啁啾脉冲放大器
本专利技术属于固体激光
，具体是一种基于串行光学参量放大(OPA)的超宽带高通量啁啾脉冲放大器。
技术介绍
超强超短激光近30年来一直是研究的热门领域，利用啁啾脉冲放大技术，将宽带超短激光脉冲时间上展宽然后放大，再压缩得到超短脉冲已经成为产生高能量超短激光脉冲的一种标准方案。获得的高能量超短激光脉冲能够应用于相对论性物理与光学、极端超短超快激光物理、非线性光学与光谱学、阿秒相干光源、量子相干控制、超高能量密度物理和基于高强度激光的实验室天体物理和核物理等的研究。当前在啁啾脉冲放大系统中，主要有基于钛宝石的啁啾脉冲放大和基于光学参量过程的光学参量啁啾脉冲放大两种方式。基于钛宝石在800nm附近的宽增益带宽，可以实现数PW的激光峰值功率输出；而利用非共线的光学参量放大可以提供更大的增益带宽，从而足以支持更短的压缩脉宽和更高输出峰值功率，所以光学参量啁啾脉冲放大方案也被用于产生超高强度的超短激光脉冲。但是，如果进一步要获得更强的激光脉冲，需要放大过程能提供更宽带的增益光谱和更大的能量增益，在光学参量放大过程中，相位匹配及群速走离这些因素的影响会限制放大过程中的增益带宽，另外在ns级脉宽的光学参量放大过程中，工作晶体的能流密度损伤阈值会限制最大可用的泵浦光强，这将抑制泵浦转换效率的提高以及放大能量的提高。
技术实现思路
本专利技术为了增加参量放大过程中的增益带宽和提高放大输出通量和能量，提出了一种基于串行光学参量放大的超宽带高通量啁啾脉冲放大器，即携带正啁啾的信号脉冲串行经过多级光学参量放大，在多级放大中分别对放大信号脉冲时间上不同的多段(对应不同的光谱)进行放大。可利用小口径的非线性晶体来获得更大的输出能量和光谱带宽，从而实现更短的脉宽输出。本专利技术的技术解决方案如下:一种基于串行光学参量放大的超宽带高通量啁啾脉冲放大器，其构成包括：泵浦激光器、第一扩束望远镜、宽带种子源、第二扩束望远镜、第一分束片、第二分束片、第三分束片、……、第N-1分束片、反射镜；第一OPA放大器、第二OPA放大器、第三OPA放大器、……、第NOPA放大器；所述的泵浦激光器发出的泵浦光经过第一扩束望远镜扩束后被第一分束片分束为第一泵浦反射光束和第一泵浦透射光束，该第一泵浦透射光束经所述的第二分束片分束为第二泵浦反射光束和第二泵浦透射光束，该第二泵浦透射光束经所述的第三分束片、分束为第三泵浦反射光束和第三泵浦透射光束，以此类推……，该第N-2泵浦透射光束经第N-1分束片分束为第N-1泵浦反射光束和第N-1泵浦透射光束，该第N-1泵浦透射光束经反射镜后的第N泵浦反射光束入射到所述的第N路OPA放大系统；所述的宽带种子源发出的信号光经过第二扩束望远镜扩束后与第一泵浦反射光束共同注入到第一OPA放大器中，经过放大的信号光与第二泵浦反射光束共同注入到第二OPA放大器中，经过第二次放大的信号光与第三泵浦反射光束共同注入到第三OPA放大器中，以此类推……，经过第N-1次放大的信号光与第N泵浦反射光束共同注入到第NOPA放大器中，经过第N次放大的信号光输出。所述的第一分束片、第二分束片、第三分束片、……、和第N-1分束片的分束比(透射:反射)为N-1:1,N-2:1,N-3:1,……,1:1。所述的第一泵浦反射光束、第二泵浦反射光束、第三泵浦反射光束、……、第N-1泵浦反射光束和第N泵浦反射光束的能量相等。所述的OPA放大器为非共线匹配类型，包括延时器、第一双色镜、非线性晶体、第二双色镜、泵浦光收集器；信号光依次经所述的延时器和第一双色镜入射到非线性晶体上，泵浦光也经第一双色镜入射到非线性晶体上，信号光和泵浦光通过调整延时器和第一双色镜完成空间上和时间上的重合，并满足相位匹配条件后，信号光被放大；经非线性晶体输出的剩余泵浦光经第二双色镜被泵浦光收集器吸收；信号光则通过第二双色镜直接输出。所述的宽带种子源输出的信号光脉宽是泵浦激光器输出泵浦光脉宽的N倍，且是携带线性啁啾，以实现多段光谱的串行光参量放大。对于泵浦光束所用的反射镜镀有针对泵浦波长的高反膜，对于将泵浦光和信号光分束及合束的双色镜均镀有针对信号激光波长和闲置激光波长的高透膜及针对泵浦激光波长的高反膜。所述的非线性晶体表面镀有同时针对泵浦激光波长、信号激光波长和闲置激光波长的的高透膜。与现在的技术相比，本专利技术具有的优势是：1)本专利技术将整个光学参量放大过程中总的泵浦能量平均分配在多块非线性晶体上，降低非线性晶体的损伤风险，提高利用同等口径非线性晶体的输出通量和能量。2)本专利技术结构简单，依次串行放大信号光的两段或多段不同光谱，整个放大过程能提供更宽的增益带宽，不需要复杂的相干合成光谱的方式，直接就可以获得比较宽的增益光谱，从而支持更短的而压缩脉宽。3)本专利技术可以采用更小口径的非线性晶体获得更高的输出能量和压缩脉冲宽度，提升超强超短激光装置和系统的峰值功率，同时降低装置的造价和成本。附图说明图1为本专利技术基于串行光学参量放大的超宽带高通量啁啾脉冲放大器实施例1的结构示意图。图2为本专利技术基于串行光学参量放大的超宽带高通量啁啾脉冲放大器中OPA放大器结构示意图。图3为本专利技术基于串行光学参量放大的超宽带高通量啁啾脉冲放大器实施例1的结构示意图。图4为本专利技术按实施例1经过第一级放大后获得的光谱及参量耦合导致的光谱相位。图5为本专利技术按实施例1经过两级串行放大后获得的超宽带光谱及参量耦合导致的光谱相位。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步描述。请先参阅图1，图1为本专利技术基于串行光学参量放大的超宽带高通量啁啾脉冲放大器实施例1的结构示意图，如图所示，该系统包括：泵浦激光器1、第一扩束望远镜2、宽带种子源3、第二扩束望远镜4、第一分束片11、第二分束片12、第三分束片13、……、第N-1分束片、反射镜5；第一OPA放大器21、第二OPA放大器22、第三OPA放大器23、……、第NOPA放大器2N；所述的泵浦激光器1发出的泵浦光经过第一扩束望远镜2扩束后被第一分束片11分束为第一泵浦反射光束和第一泵浦透射光束，该第一泵浦透射光束经所述的第二分束片12分束为第二泵浦反射光束和第二泵浦透射光束，该第二泵浦透射光束经所述的第三分束片13、分束为第三泵浦反射光束和第三泵浦透射光束，……，该第N-2泵浦透射光束经第N-1分束片分束为第N-1泵浦反射光束和第N-1泵浦透射光束，该第N-1泵浦透射光束经反射镜5后的第N泵浦反射光束入射到所述的第N路OPA放大系统2N；所述的宽带种子源3发出的信号光经过第二扩束望远镜4扩束后与第一泵浦反射光束共同注入到第一OPA放大器21中，经过放大的信号光与第二泵浦反射光束共同注入到第二OPA放大器22中，经过第二次放大的信号光与第三泵浦反射光束共同注入到第三OPA放大器23中，……，经过第N-1次放大的信号光与第N泵浦反射光束共同注入到第NOPA放大器2N中，经过第N次放大的信号光输出。所述的第一分束片11、第二分束片12、第三分束片13、……、和第N-1分束片的分束比(透射:反射)为N-1:1,N-2:1,N-3:1,……,1:1。所述的第一泵浦反射光束、第二泵浦反射光束、第三泵浦反射光束、……、第N-1泵浦反射光束和第N泵浦反射光束的能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于串行光学参量放大的超宽带高通量啁啾脉冲放大器，特征在于其构成包括：泵浦激光器(1)、第一扩束望远镜(2)、宽带种子源(3)、第二扩束望远镜(4)、第一分束片(11)、第二分束片(12)、第三分束片(13)、……、第N‑1分束片、反射镜(5)；第一OPA放大器(21)、第二OPA放大器(22)、第三OPA放大器(23)、……、第NOPA放大器(2N)；所述的泵浦激光器(1)发出的泵浦光经过第一扩束望远镜(2)扩束后被第一分束片(11)分束为第一泵浦反射光束和第一泵浦透射光束，该第一泵浦透射光束经所述的第二分束片(12)分束为第二泵浦反射光束和第二泵浦透射光束，该第二泵浦透射光束经所述的第三分束片(13)、分束为第三泵浦反射光束和第三泵浦透射光束，以此类推,……，第N‑2泵浦透射光束经第N‑1分束片分束为第N‑1泵浦反射光束和第N‑1泵浦透射光束，该第N‑1泵浦透射光束经反射镜(5)反射后的第N泵浦反射光束入射到所述的第N路OPA放大系统(2N)；所述的宽带种子源(3)发出的信号光经过第二扩束望远镜(4)扩束后与第一泵浦反射光束共同注入到第一OPA放大器(21)中，经该第一OPA放大器(21)放大后的信号光与第二泵浦反射光束共同注入到第二OPA放大器(22)中，经该第二OPA放大器(22)再次放大的信号光与第三泵浦反射光束共同注入到第三OPA放大器(23)中，以此类推……，经过第N‑1次放大的信号光与第N泵浦反射光束共同注入到第NOPA放大器(2N)中，经该第NOPA放大器(2N)放大的信号光输出；所述的第一分束片(11)、第二分束片(12)、第三分束片(13)、……、和第N‑1分束片的分束比为透射:反射＝N‑1:1,N‑2:1,N‑3:1,……,1:1。...

【技术特征摘要】
1.一种基于串行光学参量放大的超宽带高通量啁啾脉冲放大器，特征在于其构成包括：泵浦激光器(1)、第一扩束望远镜(2)、宽带种子源(3)、第二扩束望远镜(4)、第一分束片(11)、第二分束片(12)、第三分束片(13)、……、第N-1分束片、反射镜(5)；第一OPA放大器(21)、第二OPA放大器(22)、第三OPA放大器(23)、……、第NOPA放大器(2N)；所述的泵浦激光器(1)发出的泵浦光经过第一扩束望远镜(2)扩束后被第一分束片(11)分束为第一泵浦反射光束和第一泵浦透射光束，该第一泵浦透射光束经所述的第二分束片(12)分束为第二泵浦反射光束和第二泵浦透射光束，该第二泵浦透射光束经所述的第三分束片(13)、分束为第三泵浦反射光束和第三泵浦透射光束，以此类推,……，第N-2泵浦透射光束经第N-1分束片分束为第N-1泵浦反射光束和第N-1泵浦透射光束，该第N-1泵浦透射光束经反射镜(5)反射后的第N泵浦反射光束入射到所述的第N路OPA放大系统(2N)；所述的宽带种子源(3)发出的信号光经过第二扩束望远镜(4)扩束后与第一泵浦反射光束共同注入到第一OPA放大器(21)中，经该第一OPA放大器(21)放大后的信号光与第二泵浦反射光束共同注入到第二OPA放大器(22)中，经该第二OPA放大器(22)再次放大的信号光与第三泵浦反射光束共同注入到第三OPA放大器(23)中，以此类推……，经过第N-1次放大的信号光与第N泵浦反射光束共同注入到第NOPA放大器(2N)中，经该第NOPA放大器(2N)放大的信号光输出；所述的第一分束片(11)、第二分束片(12)、第三分束片(13)、……、和第N-1分束片的分束比为透射:反射＝N-1:1,N-2:1,N-3:1,……...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷雨欣，彭宇杰，李妍妍，黎文开，王朋飞，苏泓澎，王乘，李儒新，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31