一种光参量放大方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术设计了一种光参量放大方法及装置，将飞秒泵浦光与飞秒种子光分别展宽，并利用级联的非线性晶体进行放大。在第一块非线性晶体内泵浦光和种子光同步共线入射并进行光参量放大，产生放大的信号光和闲频光，在非线性晶体后利用偏振片将竖直偏振的信号光滤除，透过的泵浦光与闲频光输入第二块非线性晶体内进行后续放大，如此反复。每一级放大后均滤除信号光，仅保留泵浦光与闲频光。本发明专利技术通过消除放大过程中的信号光脉冲，有效地抑制了光参量放大中的能量逆转换，显著提高了系统的能量转换效率，有助于在光参量放大器中获取高能量的闲频光脉冲。

A method and device of optical parametric amplification

【技术实现步骤摘要】
一种光参量放大方法及装置
本专利技术属于属于超快激光
，尤其涉及一种光参量放大方法及装置。
技术介绍
高能量的飞秒激光脉冲在超快光学、非线性光学及强场激光物理等领域有着广泛的研究和应用前景。因受到宽带激光增益介质的限制，超短超强激光脉冲的产生主要位于可见光至近红外波段。为了进一步拓展超短激光脉冲的应用范围，需要将其中心波长向更长的中红外波段(1-5μm)延伸。针对这一需求，光参量放大(OpticalParametricAmplification，OPA)因其增益带宽大、可调谐范围广、几乎没有热效应累积等优点，成为了将近红外飞秒激光的频率下转换至中红外波段、输出高能量超短脉冲的首选方案。超短高能量中红外激光脉冲将开辟强激光与物质相互作用领域中迄今很少探索过的参量空间，从而为人们开拓新效应和新应用提供新机遇。在光参量放大中，一束高强度泵浦光与低强度种子光发生差频作用，产生一束第三种频率的闲频光，这一过程中需要满足能量守恒和相位匹配两个条件。通常，当泵浦光强度大于信号光和闲频光时，能量会由泵浦光转移至后者，即对两个脉冲实现放大；而当放大到一定程度后，信号光和闲频光的强度超过泵浦光，能量则会以相反方向传递，即发生能量逆转换。光参量放大过程中的能量逆转换会抑制系统的转换效率，不利于高能量中红外激光脉冲(闲频光)的产生。因此，OPA系统中的非线性晶体厚度往往需要经过挑选，使得信号光和闲频光被放大至饱和状态附近，以避免逆转换过程的发生。然而，在达到饱和状态的OPA系统中，泵浦光还保留有大量的能量未能完全转换，但在这种情况下却不能通过继续增加晶体的厚度以进一步提升系统转换效率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种光参量放大方法及装置，通过滤除放大所得的信号光脉冲，抑制参量过程中的能量逆转换，从而提高光参量放大器的能量转换效率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光参量放大方法及装置，包括泵浦激光源、种子激光源、泵浦光展宽器、种子光展宽器、二向色镜、第一非线性晶体、第二非线性晶体、若干级非线性晶体组合、偏振滤光片一、偏振滤光片二和滤光片；泵浦激光源产生泵浦光，经过泵浦光展宽器得到啁啾泵浦光；种子激光源产生种子光，经过种子光展宽器得到啁啾种子光；泵浦光与种子光的偏振方向相互垂直，啁啾泵浦光和啁啾种子光通过二向色镜合并，同步输入至第一非线性晶体内进行第一级放大；第一级放大得到衰减的泵浦光、放大的信号光和放大的闲频光，经过偏振滤光片一，相同偏振方向的泵浦光和闲频光透过，并输入至第二非线性晶体内进行第二级放大；第二级放大得到的信号光被偏振滤光片二滤除，透过相同偏振方向的泵浦光和闲频光，输入至若干级非线性晶体组合，经过若干级非线性晶体组合后所得的泵浦光、信号光和闲频光经过滤波片，泵浦光和信号光被滤除，提取闲频光脉冲。按上述技术方案，泵浦激光源为飞秒泵浦激光源，种子激光源为飞秒种子激光源。按上述技术方案，泵浦激光源产生水平偏振的泵浦光，种子激光源产生竖直偏振的种子光。按上述技术方案，若干级非线性晶体组合包括第三非线性晶体、第四非线性晶体和偏振滤光片三，经过第三非线性晶体放大的信号光被偏振滤光片三滤除，透过相同偏振方向的泵浦光和闲频光，输入至第四非线性晶体内进行第四级放大。按上述技术方案，闲频光在每一级非线性晶体内均达到饱和能量。按上述技术方案，所述各非线性晶体具体为BBO晶体，所述滤波片为长波通滤波片。本专利技术还提供一种光参量放大方法，该方法包括以下步骤，步骤一，产生泵浦光和种子光，其中泵浦光为水平偏振，飞秒种子光为竖直偏振；泵浦光展宽得到啁啾泵浦光，种子光展宽得到啁啾种子光；步骤二，啁啾泵浦光和啁啾种子光同步共线入射到第一非线性晶体内，以二类相位匹配方式进行第一级光参量放大，产生放大的信号光和闲频光，其中闲频光为水平偏振；步骤三，通过偏振滤光片滤除竖直偏振的信号光，仅保留水平偏振的泵浦光和闲频光，两者共同输入第二非线性晶体内，以二类相位匹配方式进行第二级光参量放大，产生放大的信号光和闲频光；步骤四，重复步骤三，每级放大后利用偏振滤光片滤除竖直偏振的信号光，并将泵浦光和闲频光输入后续非线性晶体内进行次级光参量放大；步骤五，利用长波通滤光片滤除泵浦光和信号光，提取闲频光脉冲。按上述技术方案，闲频光在每一级非线性晶体内均达到饱和能量。按上述技术方案，泵浦激光源为飞秒泵浦激光源，种子激光源为飞秒种子激光源。按上述技术方案，所述各非线性晶体具体为BBO晶体。本专利技术产生的有益效果是：通过在级联的BBO晶体之间插入偏振片进行滤波，使得每级放大所得的信号光被滤除，避免了在后续放大中发生能量逆转换过程，从而使得泵浦光的能量尽可能地向闲频光转换，实现极高的能量转换效率。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术实施例中光参量放大装置的结构示意图；图2为闲频光的能量转换效率随着有效非线性晶体厚度的变化情况图；图3为不同的泵浦光能量条件下所得闲频光脉冲的能量变化图；图4为级联BBO晶体光参量放大条件下输出闲频光的频谱；图5为级联BBO晶体光参量放大条件下输出闲频光的时域波形。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例中，首先提出一种高效率光参量放大方法，包括以下步骤：(1)产生飞秒泵浦光和飞秒种子光，分别将其展宽得到啁啾泵浦光和啁啾种子光；(2)将啁啾泵浦光与啁啾种子光合并入射至第一块非线性晶体内进行第一级光参量放大，得到衰减的泵浦光、放大的信号光以及放大的闲频光；(3)通过偏振片滤除竖直偏振的信号光，保留水平偏振的泵浦光和闲频光；将两者共同输入第二块非线性晶体内进行第二级光参量放大，尽管闲频光已经在第一级放大中达到饱和，但在第二级中由于不存在信号光，能量依然会由泵浦光向闲频光和新产生的信号光中转移，继续放大闲频光脉冲；(4)经过第二级放大后，继续利用偏振片滤除信号光脉冲，保留泵浦光和闲频光并在后续的非线性晶体内放大；如此反复，在第三块及第四块非线性晶体中连续放大闲频光脉冲，从而实现高的能量转换效率，获得高能量闲频光脉冲输出。本专利技术还提出一种高效率光参量放大装置，如图1所示，包括飞秒泵浦激光源1、飞秒种子激光源2、泵浦光展宽器3、种子光展宽器4、二向色镜5、第一BBO晶体6、第二BBO晶体7、第三BBO晶体8、第四BBO晶体9、偏振滤光片一10、偏振滤光片二11、偏振滤光片三12以及长波通滤光片13。飞秒泵浦激光源1产生水平偏振的飞秒泵浦光，经过泵浦光展宽器3得到啁啾泵浦光；飞秒种子激光源2产生竖直偏振的飞秒种子光，经过种子光展宽器4得到啁啾种子光。通过二向色镜5将啁啾泵浦光与啁啾种子光在空间和时域上重合，共同输入到第一BBO晶体(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光参量放大装置，其特征在于，包括泵浦激光源、种子激光源、泵浦光展宽器、种子光展宽器、二向色镜、第一非线性晶体、第二非线性晶体、若干级非线性晶体组合、偏振滤光片一、偏振滤光片二和滤光片；泵浦激光源产生泵浦光，经过泵浦光展宽器得到啁啾泵浦光；种子激光源产生种子光，经过种子光展宽器得到啁啾种子光；泵浦光与种子光的偏振方向相互垂直，啁啾泵浦光和啁啾种子光通过二向色镜合并，同步输入至第一非线性晶体内进行第一级放大；第一级放大得到衰减的泵浦光、放大的信号光和放大的闲频光，经过偏振滤光片一，相同偏振方向的泵浦光和闲频光透过，并输入至第二非线性晶体内进行第二级放大；第二级放大得到的信号光被偏振滤光片二滤除，透过相同偏振方向的泵浦光和闲频光，输入至若干级非线性晶体组合，经过若干级非线性晶体组合后所得的泵浦光、信号光和闲频光经过滤波片，泵浦光和信号光被滤除，提取闲频光脉冲。/n

【技术特征摘要】
1.一种光参量放大装置，其特征在于，包括泵浦激光源、种子激光源、泵浦光展宽器、种子光展宽器、二向色镜、第一非线性晶体、第二非线性晶体、若干级非线性晶体组合、偏振滤光片一、偏振滤光片二和滤光片；泵浦激光源产生泵浦光，经过泵浦光展宽器得到啁啾泵浦光；种子激光源产生种子光，经过种子光展宽器得到啁啾种子光；泵浦光与种子光的偏振方向相互垂直，啁啾泵浦光和啁啾种子光通过二向色镜合并，同步输入至第一非线性晶体内进行第一级放大；第一级放大得到衰减的泵浦光、放大的信号光和放大的闲频光，经过偏振滤光片一，相同偏振方向的泵浦光和闲频光透过，并输入至第二非线性晶体内进行第二级放大；第二级放大得到的信号光被偏振滤光片二滤除，透过相同偏振方向的泵浦光和闲频光，输入至若干级非线性晶体组合，经过若干级非线性晶体组合后所得的泵浦光、信号光和闲频光经过滤波片，泵浦光和信号光被滤除，提取闲频光脉冲。


2.根据权利要求1所述的光参量放大装置，其特征在于，泵浦激光源为飞秒泵浦激光源，种子激光源为飞秒种子激光源。


3.根据权利要求1或2所述的光参量放大装置，其特征在于，泵浦激光源产生水平偏振的泵浦光，种子激光源产生竖直偏振的种子光。


4.根据权利要求1或2所述的光参量放大装置，其特征在于，若干级非线性晶体组合包括第三非线性晶体、第四非线性晶体和偏振滤光片三，经过第三非线性晶体放大的信号光被偏振滤光片三滤除，透过相同偏振方向的泵浦光和闲频光，输入至第四非线性晶体内进行第四级放大。

【专利技术属性】
技术研发人员：洪作飞，张庆斌，陆培祥，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42