一种双啁啾频谱光参量放大器及放大方法技术

本发明专利技术适用于激光技术领域，提供了一种双啁啾频谱光参量放大器及放大方法，双啁啾频谱光参量放大器利用飞秒激光器组件产生时间同步的泵浦光与信号光，并分别独立地经过输入光栅和输入准直透镜，使信号光和泵浦光的不同频谱分量线性地分散聚焦在各自的焦点，在焦平面呈频率变化率符号相反的空间啁啾；然后，基于扇形的周期性极化晶体，完成所述泵浦光对信号光的全频谱的高效光参量放大，并产生宽光谱的闲频光；最后，利用分光镜将宽光谱的闲频光分离出来，并经输出准直透镜和输出光栅，完成由频谱域到时间域的傅里叶变换，再经必要的色散补偿，最终得到长波长的超短脉冲激光；本发明专利技术提供的光参量放大器结构简单，可以得到长波长的超短脉冲激光。

A double chirped spectrum optical parametric amplifier and amplification method

The invention is applicable to the field of laser technology, provides a spectrum of double chirped optical parametric amplifier and amplifying method, double chirped spectrum optical parametric amplifier using a femtosecond laser component generates time synchronization of the pump and signal light, and independently through the input and input grating collimating lens, the different spectral components of linear signal and pump the dispersion of focus in their focus, a frequency change rate instead of the symbol space chirped Jiao Ping surface; then, periodically poled crystal fan based on high efficient parameters to complete the pump on the full spectrum of signal light amplification, and produce a wide spectrum of idler; finally, the free use of spectroscope wide frequency spectrum light is separated, and the output of the collimating lens and the output grating, by Fourier transform spectral domain to the time domain, and then by the necessary dispersion Finally, an ultrashort pulse laser with long wavelength is obtained. The structure of the optical parametric amplifier is simple and the ultrashort pulse laser can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种双啁啾频谱光参量放大器及放大方法
本专利技术属于激光
，尤其涉及一种双啁啾频谱光参量放大器及放大方法。
技术介绍
有限光学周期的长波长超短激光脉冲在物理学、化学、生物学、光电子学以及激光光谱学等领域有着重要的应用，是开展微观尺度科学研究和揭示超快物理、化学过程的重要工具。目前，基于二阶光学非线性效应的频率下转换技术是产生长波长超短脉冲激光的有效手段。要得到高功率的超短脉冲激光，通常需具备两个必要条件：宽带宽的驱动光源和后续的多级差频，以及光参量放大。其中，驱动光源的带宽决定了种子光的频谱带宽，而差频和光参量放大的增益带宽是决定种子光是否能被有效放大且不损失频谱的关键因素。总体而言，宽频谱的驱动光源与能够提供宽带增益的光参量啁啾脉冲放大器(OPCPA)是目前得到高功率超短脉冲激光的常规技术手段。光参量放大(OPA，OpticalParametricAmplifiers)的基本工作原理是由频率为ωp的泵浦光提供能量，以非线性晶体为介质，对频率为ωs的信号光进行放大，同时得到第三种频率为ωi的闲频光(ωp>ωs、ωp＝ωs+ωi)。在常规飞秒光学参量放大器中，泵浦光与信号光均为傅氏变换极限的飞秒脉冲激光，相互作用的泵浦光和信号光在非线性晶体中的群速度失配(GVM，Groupvelocitymismatch)限制了非线性作用的有效长度，造成较低的能量转换效率。虽然可以通过增加泵浦光的光强来弥补有效长度不足的缺点，但泵浦光的峰值光强受非线性晶体损伤阈值的限制，依然无法直接得到高功率的超短脉冲激光。为了解决这个问题，光参量啁啾脉冲放大技术被提出，通过对信号光啁啾展宽，得以在不损伤非线性晶体的前提下，使用大能量的皮秒或者纳秒脉冲激光为泵浦光，避免了群速度失配的影响；但由于非线性晶体的色散，仍难以实现单级光参量放大的宽带宽相位匹配，造成偏离中心波长的频谱分量无法得到充分的放大，限制了输出超短脉冲激光的极限带宽。
技术实现思路
本专利技术提供一种双啁啾频谱光参量放大器及放大方法，旨在提供一种能够产生、放大长波长超短脉冲激光的光参量放大器，来解决常规飞秒光参量放大器受限于晶体阈值与群速度失配，以及常规光参量啁啾脉冲放大器难以实现单级宽带光参量放大，从而不能得到长波长的超短脉冲激光的问题。本专利技术提供了一种双啁啾频谱光参量放大器，包括：飞秒激光器组件、第一输入光栅、第二输入光栅、第一输入准直透镜、第二输入准直透镜和光学耦合镜，还包括沿光路方向依次放置的扇形的周期性极化晶体、分光镜、输出准直透镜和输出光栅；所述飞秒激光器组件用于产生时间同步的两路飞秒脉冲激光，包括泵浦光和信号光，其中，所述泵浦光依次经过所述第一输入光栅和第一输入准直透镜，并入射至所述光学耦合镜，所述信号光依次经过所述第二输入光栅和第二输入准直透镜，并入射至所述光学耦合镜，入射的所述泵浦光及所述信号光由所述光学耦合镜耦合到一起，其中，所述泵浦光和所述信号光的不同频谱分量线性地分散聚焦在各自的焦点，并在各自的焦点所在的焦平面呈频率变化率符号相反的空间啁啾；从所述光学耦合镜出射的所述泵浦光和所述信号光进入所述扇形的周期性极化晶体，以扇形的周期性极化晶体为非线性介质，完成所述泵浦光对所述信号光的全频谱的光参量放大，产生放大后的信号光和衰减的泵浦光，同时产生宽光谱的闲频光；并经过所述分光镜将放大后的信号光、衰减的泵浦光与所述闲频光分离，所述分离后的闲频光经过所述输出准直透镜和输出光栅后，完成由频谱域到时间域的傅里叶变换，得到长波长的超短脉冲激光；其中，所述泵浦光和信号光的每部分相对独立的频谱分量都与需要的所述扇形的周期性极化晶体的极化周期对应，从而使得整个频谱区域中的每部分频谱分量都满足相位匹配条件。进一步地，所述飞秒激光器组件包括第一飞秒激光器和第二飞秒激光器，所述第一飞秒激光器输出的泵浦光和所述第二飞秒激光器输出的信号光时间同步；或所述飞秒激光器组件包括一个飞秒激光器和一个频率转换器，所述飞秒激光器输出的飞秒脉冲激光经过所述频率转换器，得到两路时间同步的飞秒脉冲激光，其中一路作为泵浦光，另一路作为信号光。进一步地，所述第一飞秒激光器为790nm钛宝石飞秒激光器，输出790nm的泵浦光；所述第二飞秒激光器为1030nm飞秒激光器，输出1030nm的信号光。进一步地，所述双啁啾频谱光参量放大器还包括：色散补偿片，所述色散补偿片设置在所述输出光栅和所述双啁啾频谱光参量放大器的输出端之间，用于补偿所述输出光栅输出的闲频光在所述扇形的周期性极化晶体内累积的群速度色散。进一步地，所述分光镜是对信号光和泵浦光高透，对闲频光高反的双色镜；或所述分光镜是对闲频光高透，对信号光和泵浦光高反的双色镜。本专利技术还提供了一种上述双啁啾频谱光参量放大器的放大方法，包括：利用飞秒激光器组件产生时间同步的两路飞秒脉冲激光，包括泵浦光和信号光；将所述泵浦光和所述信号光分别经过输入光栅和准直透镜，并经过光学耦合镜，使得所述泵浦光和所述信号光的不同频谱分量线性地分散聚焦在各自的焦点，并在各自的焦点所在的焦平面呈频率变化率符号相反的空间啁啾；基于扇形的周期性极化晶体，完成所述泵浦光对所述信号光的全频谱的光参量放大，产生放大后的信号光和衰减的泵浦光，同时产生宽光谱的闲频光；将放大后的信号光、衰减的泵浦光与所述闲频光分离，所述分离后的闲频光经过输出准直透镜和输出光栅后，完成由频谱域到时间域的傅里叶变换，得到长波长的超短脉冲激光。进一步地，所述泵浦光和信号光的每部分相对独立的频谱分量都与需要的所述扇形的周期性极化晶体的极化周期对应，从而使得整个频谱区域中的每部分频谱分量都满足相位匹配条件。进一步地，所述飞秒激光器组件包括第一飞秒激光器和第二飞秒激光器，所述第一飞秒激光器输出的泵浦光和所述第二飞秒激光器输出的信号光时间同步；或所述飞秒激光器组件包括一个飞秒激光器和一个频率转换器，所述飞秒激光器输出的飞秒脉冲激光经过所述频率转换器，得到两路时间同步的飞秒脉冲激光，其中一路作为泵浦光，另一路作为信号光。进一步地，所述第一飞秒激光器为790nm钛宝石飞秒激光器，输出790nm的泵浦光；所述第二飞秒激光器为1030nm飞秒激光器，输出1030nm的信号光。进一步地，所述分离后的闲频光经过输出准直透镜和输出光栅后，完成由频谱域到时间域的傅里叶变换，得到长波长的超短脉冲激光，包括：分离后的闲频光经过输出准直透镜和输出光栅后，完成由频谱域到时间域的傅里叶变换，并补偿所述输出光栅输出的闲频光在所述扇形的周期性极化晶体内累积的群速度色散，得到长波长的超短脉冲激光。本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：本专利技术提供的一种双啁啾频谱光参量放大器及放大方法，利用飞秒激光器组件产生时间同步的泵浦光和信号光，并依次经过输入光栅和输入准直透镜，泵浦光和信号光的不同频谱分量线性地分散聚焦在各自的焦点，并在各自的焦点所在的焦平面呈频率变化率符号相反的空间啁啾；基于扇形的周期性极化晶体，完成所述泵浦光对信号光的全频谱的高效光参量放大，得到宽光谱的闲频光；将放大后的信号光、衰减的泵浦光与所述闲频光分离，分离后的闲频光经输出准直透镜和输出光栅，完成由频谱域到时间域的傅里叶变换，得到长波长的超短脉冲激光；本专利技术相较于现有技术，通过对泵浦光和信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双啁啾频谱光参量放大器，其特征在于，包括：飞秒激光器组件、第一输入光栅、第二输入光栅、第一输入准直透镜、第二输入准直透镜和光学耦合镜，还包括沿光路方向依次放置的扇形的周期性极化晶体、分光镜、输出准直透镜和输出光栅；所述飞秒激光器组件用于产生时间同步的两路飞秒脉冲激光，包括泵浦光和信号光，其中，所述泵浦光依次经过所述第一输入光栅和第一输入准直透镜，并入射至所述光学耦合镜，所述信号光依次经过所述第二输入光栅和第二输入准直透镜，并入射至所述光学耦合镜，入射的所述泵浦光及所述信号光由所述光学耦合镜耦合到一起，其中，所述泵浦光和所述信号光的不同频谱分量线性地分散聚焦在各自的焦点，并在各自的焦点所在的焦平面呈频率变化率符号相反的空间啁啾；从所述光学耦合镜出射的所述泵浦光和所述信号光进入所述扇形的周期性极化晶体，以扇形的周期性极化晶体为非线性介质，完成所述泵浦光对所述信号光的全频谱的光参量放大，产生放大后的信号光和衰减的泵浦光，同时产生宽光谱的闲频光；并经过所述分光镜将放大后的信号光、衰减的泵浦光与所述闲频光分离，所述分离后的闲频光经过所述输出准直透镜和输出光栅后，完成由频谱域到时间域的傅里叶变换，得到长波长的超短脉冲激光；其中，所述泵浦光和信号光的每部分相对独立的频谱分量都与需要的所述扇形的周期性极化晶体的极化周期对应，从而使得整个频谱区域中的每部分频谱分量都满足相位匹配条件。...

【技术特征摘要】
1.一种双啁啾频谱光参量放大器，其特征在于，包括：飞秒激光器组件、第一输入光栅、第二输入光栅、第一输入准直透镜、第二输入准直透镜和光学耦合镜，还包括沿光路方向依次放置的扇形的周期性极化晶体、分光镜、输出准直透镜和输出光栅；所述飞秒激光器组件用于产生时间同步的两路飞秒脉冲激光，包括泵浦光和信号光，其中，所述泵浦光依次经过所述第一输入光栅和第一输入准直透镜，并入射至所述光学耦合镜，所述信号光依次经过所述第二输入光栅和第二输入准直透镜，并入射至所述光学耦合镜，入射的所述泵浦光及所述信号光由所述光学耦合镜耦合到一起，其中，所述泵浦光和所述信号光的不同频谱分量线性地分散聚焦在各自的焦点，并在各自的焦点所在的焦平面呈频率变化率符号相反的空间啁啾；从所述光学耦合镜出射的所述泵浦光和所述信号光进入所述扇形的周期性极化晶体，以扇形的周期性极化晶体为非线性介质，完成所述泵浦光对所述信号光的全频谱的光参量放大，产生放大后的信号光和衰减的泵浦光，同时产生宽光谱的闲频光；并经过所述分光镜将放大后的信号光、衰减的泵浦光与所述闲频光分离，所述分离后的闲频光经过所述输出准直透镜和输出光栅后，完成由频谱域到时间域的傅里叶变换，得到长波长的超短脉冲激光；其中，所述泵浦光和信号光的每部分相对独立的频谱分量都与需要的所述扇形的周期性极化晶体的极化周期对应，从而使得整个频谱区域中的每部分频谱分量都满足相位匹配条件。2.如权利要求1所述的双啁啾频谱光参量放大器，其特征在于，所述飞秒激光器组件包括第一飞秒激光器和第二飞秒激光器，所述第一飞秒激光器输出的泵浦光和所述第二飞秒激光器输出的信号光时间同步；或所述飞秒激光器组件包括一个飞秒激光器和一个频率转换器，所述飞秒激光器输出的飞秒脉冲激光经过所述频率转换器，得到两路时间同步的飞秒脉冲激光，其中一路作为泵浦光，另一路作为信号光。3.如权利要求2所述的双啁啾频谱光参量放大器，其特征在于，所述第一飞秒激光器为790nm钛宝石飞秒激光器，输出790nm的泵浦光；所述第二飞秒激光器为1030nm飞秒激光器，输出1030nm的信号光。4.如权利要求1所述的双啁啾频谱光参量放大器，其特征在于，所述双啁啾频谱光参量放大器还包括：色散补偿片，所述色散补偿片设置在所述输出光栅和所述双啁啾频谱光参量放大器的输出端之间，用于补偿所述输出...

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