环形腔结构光参量放大装置制造方法及图纸

一种环形腔结构光参量放大装置，包括第一导光镜、N块腔镜、N块非线性晶体、N块群速补偿薄片、由两块反射镜构成的反射导光镜和色分离镜，本发明专利技术一方面因采用消闲置光原理，较传统参量放大过程，单块晶体短，匹配带宽更大；另一方面因采用逐级群速补偿，大大提高转换效率。本发明专利技术适用于纳秒域、皮秒域以及飞秒域的超短脉冲参量放大。

【技术实现步骤摘要】
环形腔结构光参量放大装置
本专利技术涉及光参量放大，特别是一种组合利用消闲置光思想与群速失配补偿思想的超短激光脉冲参量放大装置，可在飞秒到纳秒时域范围内，用于高转换效率、高增益倍率、高稳定的小型化光参量放大器。
技术介绍
光参量放大(简称为OPA)作为当前超短脉冲放大技术的主要途径之一，在宽带脉冲激光装置中应用广泛，潜力巨大。特别是结合啁啾脉冲放大技术(CPA)的光参量啁啾脉冲放大技术(OPCPA)，具备高增益、低热沉积、高信噪比、高增益带宽等优点。在脉宽数个光学周期量级的超短脉冲或者谱宽百纳米量级的啁啾长脉冲装置中，存在的主要问题包括：在实现>106增益(晶体较长)条件下匹配带宽降低；转换效率与稳定性有待进一步提高；对于皮秒量级以及更短脉冲的OPA，群速失配问题严重，制约增益倍率与匹配带宽。文献[Optica.2015,2(11):1006-1009]提出的准参量放大技术(Quasi-ParametricAmplification，简称为QPA)的主要思想是通过在参量放大晶体中掺杂，使得放大过程中产生的闲置光因被掺杂粒子大量吸收而维持在低强度水平上，从而抑制参量放大中能量逆转换以提高能量转换效率。但文通过掺杂方法的QPA方法存在三点不足：其一，实现同等增益倍率要求晶体更长，导致匹配带宽下降；其二，闲置光是在晶体内部被吸收而转换为热量，其热效应可导致相位失配或传输波前畸变；其三，对于非共线结构的OPA，晶体越长导致三波空间耦合偏移越大，走离效应影响严重。
技术实现思路
本专利技术提供一种环形腔结构光参量放大装置，解决的OPA中的问题主要包括以下四个方面：其一，高增益OPA增益带宽降低问题；其二，输出能量稳定性问题；其三，OPA转换效率偏低问题；其四，脉宽皮秒域以内的超短脉冲OPA中的群速失配(简称为GVM)问题。为实现上述目标，本专利技术的技术解决方案如下：一种环形腔结构光参量放大装置，其特点在于，包括第一导光镜、N块腔镜、N块非线性晶体、N块群速补偿薄片、由两块反射镜构成的反射导光镜和色分离镜，所述的N块腔镜的间距相等构成等边多边形环形腔，相邻两块腔镜之间为一级光参量放大级，包含一块非线性晶体和一块群速补偿薄片，该非线性晶体与群速补偿薄片在信号光脉冲中心波长与泵浦光波长处实现群速度失配补偿；激光注入端第一腔镜的位置可向等多边形外接圆的圆心移动，以改变放大通数；该环形腔的最后一块腔镜后是反射导光镜，以在竖直方向上实现信号光与泵浦光空间落点下移，并逆向回传，实现放大通数的倍增；信号光与泵浦光以共线方式在腔内传输；在非线性晶体内，实现共线结构的光参量放大，沿激光注入方向依次是所述的色分离镜、第一导光镜、第一腔镜，所述的N≥3。所述的腔镜为镀膜的二向色镜，膜层对信号光与泵浦光为高反射率，对于闲置光为高透射率，实现放大级间闲置光全消；所述的二向色镜的宽带镀膜反射角为90°(N-2)/N，N为腔镜数量。所述的非线性晶体的切割方向为实现信号光与泵浦光中心波长匹配方向，晶体长度的选择以能够将三波中心波长群速失配量控制在允许范围内为宜；对于N为偶数多边形腔，相邻两块非线性晶体为绕传输方向旋转180°放置，对于N为奇数多边形腔，最后一块非线性晶体由两块等长度的相互倒置的晶体组合代替，以实现全系统非寻常光走离效应完全补偿。所述的群速补偿材料薄片的特性与长度，需实现对信号光中心波长与泵浦光波长传输的群速失配量为定值，且该值与所述的非线性晶体内信号光中心波长与泵浦光波长群速失配量大小相等符号相反，从而实现各级参量放大器群速失配量的静态补偿。所述的最后一块补偿材料薄片置于温控炉之中，利用温度控制其群速失配量，实现全放大装置残余群速失配量的动态补偿。本专利技术的技术效果如下：本专利技术装置充分发挥消闲置光思想与群速失配补偿思想的优势，其基本传输光路为：利用二向色镜作为腔镜构成正多边形环形腔，信号光与泵浦光以共线方式在腔内逐级传输；每两块腔镜之间置一块非线性晶体，以共线匹配方式实现信号光脉冲参量放大；每块晶体之后置一块群速补偿薄片，实现群速失配静态补偿。本专利技术的腔镜，即二向色镜，对于信号光与泵浦光波段为高反射率，对于闲置光波段为高透射率，其宽带镀膜反射角为90°(N-2)/N，N为腔镜数量，当信号光与泵浦光偏振态相同，而与闲置光偏振相互垂直时，二向色镜可由偏振分光镜代替，实现闲置光自环形腔内透射而出，保留信号光与泵浦光在腔内继续传输放大。所述的环形腔的腔镜，其数量为N。当N为偶数时，其总通数与腔入射端第一块腔镜反射面与环形腔外接圆心距离，即插入量有关，且在不遮挡光束的前提下，放大总通数可调，存在与不存在反射导光镜时分别为NM与2NM(N≥4，M＝1,2,3…)，插入量越大M越小；当N为奇数时，放大总通数不可调，存在与不存在反射导光镜时分别为2N与4N。所述的单块非线性晶体长度的选择以能够将三波中心波长群速失配量控制在允许范围内即可，晶体太长会加重群速失配对单级放大光谱的影响，晶体太短则会降低单级增益倍率从而增加对全放大器总通数的要求。相邻两块非线性晶体采用非寻常光走离补偿结构，抑制走离效应对转换效率与稳定性的影响。环形腔单循环周期末级GVM补偿薄片可利用温度控制方法，控制GVM补偿量大小，实现动态补偿放大装置整体残余群速失配量，材料中群速度vg、群速失配GVM以及速失配导致信号脉冲(s)与泵浦脉冲(p)的时间走离Δτsp分别为：GVM＝1/vg(λs0)-1/vg(λp0)与Δτsp＝L×GVM，其中L为材料厚度，k为材料中的波矢量，且k＝2nπ/λ，n为材料折射率，λ为波长，λ0为中心波长，λs0为信号光中心波长，λp0为泵浦光中心波长。所述的反射导光镜在竖直方向上实现信号光与泵浦光空间落点下移，并将上述双光由顺时针环形传输变为逆时针环形传输，导光镜整体包括两个反射面，镀膜要求均为45°信号光与泵浦光全反射，其中至少有一个面为闲置光高透射，在单向环形周期放大通数不足的情况下采用，可实现全装置放大总通数成倍增加。总体而言，本专利技术环形腔结构光参量放大装置，与现有技术相比，有如下优点：利用单块小长度晶体、级间完全消闲置光、相邻两块晶体走离补偿方法，结合环形腔结构实现数十通放大的方案，全放大器的匹配带宽等于单块晶体带宽，抑制走离效应影响，大幅度提高转换效率与放大稳定性；对于皮秒量级以内的超短脉冲OPA，由于采用单级放大晶体与补偿薄片方案，可实现全装置GVM定量动态补偿，提高匹配带宽与转换效率；单级低增益大宽带OPA方案，可充分发挥竞争效应，抑制噪声放大，提高信噪比。本专利技术一方面因采用消闲置光原理，较传统参量放大过程，单块晶体短，匹配带宽更大；另一方面因采用逐级群速补偿，大大提高转换效率。本专利技术适用于纳秒域、皮秒域以及飞秒域的超短脉冲参量放大。附图说明图1是本专利技术实施例1四腔镜环形结构光参量放大装置示意图图2是本专利技术实施例1四腔镜环形结构光参量放大装置俯视图图3是本专利技术环形结构光参量放大装置中反射导光镜侧视图图4是本专利技术实施例2三腔镜环形结构光参量放大装置俯视图图5是本专利技术环形腔结构OPA装置与常用OPA装置转换效率对比模拟曲线图图6是本专利技术环形腔结构OPA装置放大光谱模拟曲线图图7是常用OPA装置放大光谱模拟曲线图具体实施方式为了使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环形腔结构光参量放大装置，其特征在于，包括第一导光镜、N块腔镜、N块非线性晶体、N块群速补偿薄片、由两块反射镜构成的反射导光镜和色分离镜，所述的N块腔镜的间距相等构成等边多边形环形腔，相邻两块腔镜之间为一级光参量放大级，包含一块非线性晶体和一块群速补偿薄片，该非线性晶体与群速补偿薄片在信号光脉冲中心波长与泵浦光波长处实现群速度失配补偿；激光注入端第一腔镜的位置可向等多边形外接圆的圆心移动，以改变放大通数；该环形腔的最后一块腔镜后是反射导光镜，以在竖直方向上实现信号光与泵浦光空间落点下移，并逆向回传，实现放大通数的倍增；信号光与泵浦光以共线方式在腔内传输；在非线性晶体内，实现共线结构的光参量放大，沿激光注入方向依次是所述的色分离镜、第一导光镜、第一腔镜，所述的N≥3。

【技术特征摘要】
1.一种环形腔结构光参量放大装置，其特征在于，包括第一导光镜、N块腔镜、N块非线性晶体、N块群速补偿薄片、由两块反射镜构成的反射导光镜和色分离镜，所述的N块腔镜的间距相等构成等边多边形环形腔，相邻两块腔镜之间为一级光参量放大级，包含一块非线性晶体和一块群速补偿薄片，该非线性晶体与群速补偿薄片在信号光脉冲中心波长与泵浦光波长处实现群速度失配补偿；激光注入端第一腔镜的位置可向等多边形外接圆的圆心移动，以改变放大通数；该环形腔的最后一块腔镜后是反射导光镜，以在竖直方向上实现信号光与泵浦光空间落点下移，并逆向回传，实现放大通数的倍增；信号光与泵浦光以共线方式在腔内传输；在非线性晶体内，实现共线结构的光参量放大，沿激光注入方向依次是所述的色分离镜、第一导光镜、第一腔镜，所述的N≥3。2.如权利要求1所述的环形腔结构光参量放大装置，其特征在于所述的腔镜为镀膜的二向色镜，膜层对信号光与泵浦光为高反射率，对于闲置光为高透射率，实现放大级间闲置光全消；所述的二向色镜的宽带镀膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙美智，梁潇，朱健强，谢兴龙，杨顺华，
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