一种宽带光参量啁啾脉冲放大器制造技术

本发明专利技术适用于激光技术领域，提供了一种宽带光参量啁啾脉冲放大器，其包括窄带皮秒激光器、脉冲激光展宽器、光学耦合镜、扩/缩束系统、周期性极化晶体、分光镜以及脉冲激光压缩器。其中，具有周期性畴反转结构的周期性极化晶体用于将生成的闲频光、与啁啾脉冲激光/泵浦光进行分离，从而抑制所述宽带光参量啁啾脉冲放大器进入饱和放大后的能量回流；及实现宽带宽的光参量啁啾脉冲放大。该宽带光参量啁啾脉冲放大器不但能抑制信号光能量的回流，还有极宽的增益带宽，得益于脉冲能量(转换效率)与脉冲宽度(增益带宽)的同步优化，大大提升了该宽带光参量啁啾脉冲放大器的可输出最高峰值功率，提高了光参量啁啾脉冲放大器的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种宽带光参量啁啾脉冲放大器
本专利技术属于激光
，尤其涉及一种宽带光参量啁啾脉冲放大器。
技术介绍
光参量啁啾脉冲放大(OpticalParametricChirped-PulseAmplification，OPCPA)是提升超短脉冲激光能量的常用技术。OPCPA的基本原理是将低能量的飞秒超短脉冲激光展宽成皮秒或纳秒的啁啾脉冲(展宽后脉宽与泵浦光相当)，再以窄带的高能量脉冲激光为泵浦光，对超短脉冲激光进行光参量放大，最后在输出端以光栅压缩器将放大后的啁啾脉冲信号重新压缩至飞秒量级。然而所有参量过程都会受制于能量的回流，回流是指当泵浦光强烈衰减，参量过程进入饱和放大的时候，能量会由啁啾脉冲激光和闲频光重新流向泵浦光。为了避免回流的发生，目前通常是借助各种优化设计，在倒流发生之前尽量实现较高的能量转换，使用复杂的空时脉冲整形技术，使啁啾脉冲激光、泵浦光的能量分布更为均匀，可以实现最高～65％的能量转换效率。此外，利用非线性材料自身对特定激光波长的吸收，使闲频光恰好能够被晶体持续吸收，可以有效抑制啁啾脉冲激光能量的回流。但是，利用时空整形技术使不同时空区域的啁啾脉冲激光同步光参量放大，虽然可以在回流出现前得到足够的转换效率，但这种方法的实施难度较大，更重要的是对泵浦光，甚至啁啾脉冲激光的时空波形都有很大限制；而利用非线性材料自身对特定激光波长的吸收，抑制啁啾脉冲激光能量回流的技术方案并不适用于易吸收的激光波长(例如3-5μm的中红外激光)，而且，吸收带来的热效应还会对光参量啁啾脉冲放大器造成影响。此外，相位匹配带宽是光参量啁啾脉冲放大器增益带宽的决定因素之一。相位匹配带宽是指：对宽光谱的飞秒激光而言，通常只有其中心波长能够满足相位匹配(Δk＝0)，其余偏离中心波长的光谱成分均存在不同程度的相位失配(Δk≠0)，随着|Δk|的增加，光参量放大的转换效率迅速降低，一般将特定|Δk|范围内的超短脉冲激光的光谱带宽称为相位匹配带宽。超短脉冲激光的脉宽越短，所包含的光谱就越宽，对光参量啁啾脉冲放大器相位匹配带宽的要求也越高。可输出最高峰值功率是评价光参量啁啾脉冲放大器性能的最为重要的参数之一，脉冲激光的峰值功率由脉冲能量与脉冲宽度共同决定。在一定的泵浦光能量以及超短脉冲激光注入条件下，泵浦光能量的转换效率决定了超短脉冲激光的输出能量，而光参量放大的增益匹配带宽则是衡量其可输出最短脉冲激光的关键指标。因此，由于受到能量回流以及增益带宽窄化的限制，现有的光参量啁啾脉冲放大器的可输出最高峰值功率受到极大影响，进而降低了光参量啁啾脉冲放大器的性能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种宽带光参量啁啾脉冲放大器，旨在同时解决现有光参量啁啾脉冲放大器中的能量回流问题以及增益带宽窄化问题，实现转换效率与增益带宽的同步优化，提高光参量啁啾脉冲放大器的性能。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种宽带光参量啁啾脉冲放大器，该宽带光参量啁啾脉冲放大器包括：脉冲激光展宽器，用于对入射的超短脉冲激光进行啁啾展宽，以使得到的啁啾脉冲激光的脉宽与入射的泵浦光的脉宽相同，所述啁啾脉冲激光进入光学耦合镜；所述光学耦合镜，用于使所述啁啾脉冲激光与所述入射的泵浦光空间耦合，并一同进入周期性极化晶体；所述周期性极化晶体，用于基于入射的泵浦光对啁啾脉冲激光进行放大，同时生成闲频光；及，将所述闲频光、与所述啁啾脉冲激光和所述泵浦光进行分离，以抑制所述宽带光参量啁啾脉冲放大器进入饱和放大后的能量回流；及，在抑制能量回流的同时，实现对所述啁啾脉冲激光的宽带宽的光参量放大；放大的啁啾脉冲激光与残余的泵浦光一同进入分光镜；所述分光镜，用于对放大的啁啾脉冲激光与残余的泵浦光进行分离，以确保仅有放大的啁啾脉冲激光进入脉冲激光压缩器；所述脉冲激光压缩器，用于压缩所述放大的啁啾脉冲激光的脉冲宽度，得到高峰值功率的超短脉冲激光。进一步地，所述宽带光参量啁啾脉冲放大器还包括扩/缩束系统；所述扩/缩束系统，置于所述光学耦合镜与所述周期性极化晶体之间，用于改变所述光学耦合镜出射的所述啁啾脉冲激光与所述泵浦光的光斑口径；经光斑口径调整的所述啁啾脉冲激光与所述泵浦光一同进入所述周期性极化晶体。进一步地，通过调整所述扩/缩束系统的扩/缩束倍数，改变所述啁啾脉冲激光与所述泵浦光的光斑口径，以实现对所述宽带光参量啁啾脉冲放大器的增益带宽的动态调控。进一步地，所述周期性极化晶体包括依次相连的第一非线性区域、线性区域及第二非线性区域；其中，所述第一非线性区域与所述第二非线性区域均具有周期性畴反转结构；所述第一非线性区域的周期性畴反转方向与所述啁啾脉冲激光传输方向的夹角为β，所述第二非线性区域的周期性畴反转方向与所述啁啾脉冲激光传输方向的夹角为﹣β，以使所述第一非线性区域的畴结构与所述第二非线性区域的畴结构沿所述啁啾脉冲激光传输方向呈轴对称；所述第一非线性区域用于使生成的第一闲频光从所述啁啾脉冲激光和泵浦光的一侧走离，第二非线性区域用于使生成的第二闲频光从所述啁啾脉冲激光和泵浦光的另一侧走离。进一步地，夹角α表示所述闲频光与所述啁啾脉冲激光和泵浦光传输方向之间的夹角；所述夹角α等于满足宽带相位匹配所需的群速度匹配角Ω，以实现对所述啁啾脉冲激光的宽带宽的光参量放大；其中，Ω＝arccos(vsignal/vidler)，vsignal表示所述啁啾脉冲激光在所述周期性极化晶体中的群速度，vidler表示所述闲频光在所述周期性极化晶体中的群速度，vsignal＝vidler*cos(α)。进一步地，所述周期性极化晶体的周期性畴反转结构具有使kp、ks、ki和kg四路波矢构成波矢四边形的能力，其中，所述ks表示所述啁啾脉冲激光的波矢、所述kp表示所述泵浦光的波矢、所述ki表示所述闲频光的波矢，所述kg表示所述周期性极化晶体的倒格矢，所述ks与所述kp共线。进一步地，所述周期性极化晶体的极化周期Λ与所述夹角β，基于夹角α、夹角β、和kg之间的映射关系以及所述夹角α进行设定，以使所述周期性极化晶体满足相位匹配；其中，Λ＝2π/kg，所述夹角α表示所述闲频光，与所述啁啾脉冲激光和泵浦光传输方向之间的夹角。进一步地，所述宽带光参量啁啾脉冲放大器还包括窄带皮秒激光器；所述窄带皮秒激光器，用于输出泵浦光；所述窄带皮秒激光器输出的泵浦光与所述展宽后得到的啁啾脉冲激光时间同步。进一步地，所述泵浦光与所述啁啾脉冲激光以共线正入射的方式，进入所述周期性极化晶体。本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：本专利技术提供了一种宽带光参量啁啾脉冲放大器，该宽带光参量啁啾脉冲放大器包括窄带皮秒激光器、脉冲激光展宽器、光学耦合镜、扩/缩束系统、周期性极化晶体、分光镜以及脉冲激光压缩器。其中，具有周期性畴反转结构的周期性极化晶体用于基于入射的泵浦光对啁啾脉冲激光进行宽带宽的光参量放大，同时生成闲频光；并将所述闲频光、与所述啁啾脉冲激光和所述泵浦光进行分离，从而抑制所述宽带光参量啁啾脉冲放大器进入饱和放大后的能量回流；在抑制能量回流的基础上，该周期性极化晶体还支持宽带宽的相位匹配。由于该宽带光参量啁啾脉冲放大器不但抑制了信号光能量的回流，还具有极宽的增益带宽，得益于脉冲能量(转换效率)与脉冲宽度(增益带宽)的同步优化，大大提升了该宽带光参量啁啾本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带光参量啁啾脉冲放大器，其特征在于，所述宽带光参量啁啾脉冲放大器包括：脉冲激光展宽器，用于对入射的超短脉冲激光进行啁啾展宽，以使得到的啁啾脉冲激光的脉宽与入射的泵浦光的脉宽相同，所述啁啾脉冲激光进入光学耦合镜；所述光学耦合镜，用于使所述啁啾脉冲激光与所述入射的泵浦光空间耦合，并一同进入周期性极化晶体；所述周期性极化晶体，用于基于入射的泵浦光对啁啾脉冲激光进行放大，同时生成闲频光；及，将所述闲频光、与所述啁啾脉冲激光和所述泵浦光进行分离，以抑制所述宽带光参量啁啾脉冲放大器进入饱和放大后的能量回流；及，在抑制能量回流的同时，实现对所述啁啾脉冲激光的宽带宽的光参量放大；放大的啁啾脉冲激光与残余的泵浦光一同进入分光镜；所述分光镜，用于对放大的啁啾脉冲激光与残余的泵浦光进行分离，以确保仅有放大的啁啾脉冲激光进入脉冲激光压缩器；所述脉冲激光压缩器，用于压缩所述放大的啁啾脉冲激光的脉冲宽度，得到高峰值功率的超短脉冲激光。

【技术特征摘要】
1.一种宽带光参量啁啾脉冲放大器，其特征在于，所述宽带光参量啁啾脉冲放大器包括：脉冲激光展宽器，用于对入射的超短脉冲激光进行啁啾展宽，以使得到的啁啾脉冲激光的脉宽与入射的泵浦光的脉宽相同，所述啁啾脉冲激光进入光学耦合镜；所述光学耦合镜，用于使所述啁啾脉冲激光与所述入射的泵浦光空间耦合，并一同进入周期性极化晶体；所述周期性极化晶体，用于基于入射的泵浦光对啁啾脉冲激光进行放大，同时生成闲频光；及，将所述闲频光、与所述啁啾脉冲激光和所述泵浦光进行分离，以抑制所述宽带光参量啁啾脉冲放大器进入饱和放大后的能量回流；及，在抑制能量回流的同时，实现对所述啁啾脉冲激光的宽带宽的光参量放大；放大的啁啾脉冲激光与残余的泵浦光一同进入分光镜；所述分光镜，用于对放大的啁啾脉冲激光与残余的泵浦光进行分离，以确保仅有放大的啁啾脉冲激光进入脉冲激光压缩器；所述脉冲激光压缩器，用于压缩所述放大的啁啾脉冲激光的脉冲宽度，得到高峰值功率的超短脉冲激光。2.如权利要求1所述的宽带光参量啁啾脉冲放大器，其特征在于，所述宽带光参量啁啾脉冲放大器还包括扩/缩束系统；所述扩/缩束系统，置于所述光学耦合镜与所述周期性极化晶体之间，用于改变所述光学耦合镜出射的所述啁啾脉冲激光与所述泵浦光的光斑口径；经光斑口径调整的所述啁啾脉冲激光与所述泵浦光一同进入所述周期性极化晶体。3.如权利要求2所述的宽带光参量啁啾脉冲放大器，其特征在于，通过调整所述扩/缩束系统的扩/缩束倍数，改变所述啁啾脉冲激光与所述泵浦光的光斑口径，以实现对所述宽带光参量啁啾脉冲放大器的增益带宽的动态调控。4.如权利要求1所述的宽带光参量啁啾脉冲放大器，其特征在于，所述周期性极化晶体包括依次相连的第一非线性区域、线性区域及第二非线性区域；其中，所述第一非线性区域与所述第二非线性区域均具有周期性畴反转结构；所述第一非线性区域的周期性畴反转方向与所述啁啾脉冲激光传输方向的夹角为β，所述第二非线性区域的周期性畴反转方向与所述啁啾脉冲激光传输方...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟亥哲，李瑛，梁宇海，杨建龙，王世伟，范滇元，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44