高斯倍频光脉冲的产生方法技术

一种高斯倍频光脉冲的产生方法，本发明专利技术利用有效延长倍频晶体有效作用长度的方式，通过控制初始基频光光强与倍频晶体有效作用长度的方式，使倍频输出的能量波动范围小于基频光能量的波动范围，从而实现了高稳定、高转换效率的高斯倍频光脉冲及近平顶的高阶高斯倍频光脉冲输出，本发明专利技术方法具有实现简单，调节方便等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高稳定、高转换效率的高斯倍频光脉冲及近平顶的高阶。
技术介绍
光学参量啁啾脉冲放大技术近年来成为人们研究的重点。实现高功率超短脉冲稳定输出成为一个很重要的问题。其中的关键是提高光参量放大器输出的稳定性。研究证明，如果以稳定的近平顶脉冲形状的高阶高斯绿光源作为抽运源，光参量放大后得到的信号光的输出稳定性将得到很大的改善。为获得稳定的高阶高斯脉冲形状绿光输出，文献报道，目前采用的方案是先对基频小信号进行时间整形，经过放大之后再通过倍频得到所需要的近平顶的高阶高斯脉冲。如美国Rochester大学采用的方法利用波导调制器对脉冲进行时间整形生成高阶高斯脉冲，该信号经过再生放大器放大脉冲能量，放大后的信号作为基频光信号经由倍频晶体倍频后得到所需的结果。(L.J.Waxer，V.Bagnoud，I.A.Begishev，M.J.Guardalben，J.Puth，J.D.Zuegel，“High-conversion-efficiency optical parametric chirped-pulseamplification system using spatiotemporally shaped pump pulses”Opt Lett.28，1245(2003))这种方式先通过时间整形装置整形，由于整形后的信号很弱(pJ)，必须经过后级放大，最后才能倍频(这里暂简称为时间整形—放大—倍频技术)，由于涉及的环节比较多，且需要目前价格比较高昂的波导调制器，整体上结构比较复杂，而且价格高昂，其倍频稳定性取决于基频光的稳定性，倍频输出波动在4％～5％。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的时间整形—放大—倍频技术方法的缺陷，提出一种直接由倍频来输出高斯及近平顶的高阶，由此方法可得到高稳定高转换效率的倍频脉冲输出，具有技术环节少，成本低，转换效率高(大于70％)，稳定性好(波动在2％内)的特点。本专利技术的基本思想是通过数值模拟计算由基频光光强(控制在倍频晶体破坏阈值内)设定晶体有效长度，对于三硼酸锂晶体(以下简称LBO晶体)，由于不用考虑走离角的影响，直接设定晶体长度即可；而对于BBO等倍频晶体，由于走离角影响比较大，用非线性双程倍频或者串联倍频的方式来延长倍频晶体有效作用长度；使倍频晶体有效作用长度与基频光光强相对应，保证倍频过程工作在“稳定”区，所谓的倍频“稳定区”，就是指在输入基频光强与晶体长度满足一定条件时，输入基频光的波动对倍频光的影响得到有效抑制，从而获取高转换效率、高稳定输出的高斯或近平顶的高阶高斯倍频光。本专利技术的技术解决方案如下一种高稳定性、高转换效率的，其特征在于该方法包括下列步骤①选定基频光工作光强及其变化范围和倍频晶体，将相关参数代入归一化的倍频耦合方程组，通过计算机模拟计算，确定倍频晶体处于倍频稳定区的有效工作长度我们知道在无限大平面波近似下，二倍频的理论描述可从耦合波动方程出发，在慢变振幅的近似条件下，得到归一化的倍频耦合方程组(请参见J.A.Armstrong，N.Bloembergen et al..Interaction between light waves in a nonlinear dielectric.Phys.Rev.127，1918(1962))如下du1/dξ＝-u1u2sinΘdu2/dξ＝u12sinΘ (1)dΘ/dξ＝ΔS+(cosΘ/sinΘ)d/dξ式中下标i取值为1和2，分别对应基频光与倍频光的情况。ui为相应光的归一化振幅，分别定义为u1＝1/2(2a)u2＝1/2(2b)W＝I1(O)+I2(O)cos2β (2c)其中β为基频光走离角，Ii为相应的光强，Ii(O)为相应的初始光强，ωi为相应的角频率。ΔS＝Δkz/ξ (2d)Θ＝Δkz+Φ2-2Φ1(2e)ξ＝4deffπ(πW)1/2z/(ε0λ12λ2n12n2cos2β) (2f)光波沿z轴传播，Δk＝k2-2k1为其波矢失配量，deff为倍频晶体相应的有效非线性系数。Φi为相应的初始位相。ni为相应的折射率。②选定倍频晶体工作方式，搭建相应的倍频输出装置；③用示波器分别检测入射基频光光强和出射的倍频光光强；④调节倍频晶体的上下俯仰角及左右倾斜角度，使晶体满足倍频位相匹配条件，使由倍频晶体输出的倍频光强最大；⑤调节输入基频光光强，以获得由倍频晶体输出的倍频光达到稳定输出。所述的倍频晶体工作方式为φ角方向非共线双程倍频时，所述的倍频输出装置的构成包括一基频光源，在该基频光源的基频光传输光路上依次是缩束器、安装在第一两维精密调整架上的第一倍频晶体和安装在第一精密三维调整架上的平面反射镜，所述的第一倍频晶体处于I类位相匹配条件下工作，倍频晶体的物理长度近似为所述的倍频晶体有效工作长度的1/2。所述的第一倍频晶体为BBO晶体。所述的倍频晶体的工作方式为串联倍频方式时，所述的倍频输出装置包括一基频光源，在该基频光源的基频光传输光路上依次设有缩束器、安装在第二精密二维调整架上的第二倍频晶体、安装在第三精密二维调整架上的第三倍频晶体，所述的第二倍频晶体与第三倍频晶体的主轴方向对称放置，所述的第二倍频晶体与第三倍频晶体均处在I类位相匹配工作条件下，倍频晶体有效工作长度近似为第二倍频晶体与第三倍频晶体(10)物理长度之和。所述的第二倍频晶体与第三倍频晶体为BBO晶体。所述的倍频晶体的工作方式为直接倍频方式时，所述的倍频输出装置包括一基频光源，在该基频光源的基频光传输光路上依次设有缩束器、安装在第四精密二维调整架上的第四倍频晶体，所述的第四倍频晶体处于I类位相匹配条件下工作。所述的第四倍频晶体为LBO晶体。所述的基频光源是Nd:YAG调Q激光器，或Nd:YAG调Q激光器与放大器组成的。本专利技术的技术效果·对BBO等走离角影响大的晶体，利用非共线双程倍频或串联倍频的方法延长倍频晶体有效作用长度；而对LBO等走离角影响小的晶体，可直接设计晶体长度。·通过调节入射基频光的光强，使最终输出的倍频能量波动范围小于基频光能量的波动范围。·相对于时间整形—放大—倍频的方案，该方法转换效率高，环节少，结构简单，成本低而且稳定性更好。·装置中各个组成单元光学器件均为常用器件，工艺上比较成熟，性能可靠性好。附图说明图1为在不同的基频光光强情况下，归一化倍频光光强随晶体长度的变化曲线，图2是BBO非共线双程倍频试验装置3是BBO串联倍频试验装置图。图4是LBO倍频试验装置图。图5是输入1064nm基频光脉冲形状图6双程倍频后输出倍频光脉冲形状图中1-Nd:YAG调Q单纵模激光器与放大器2-光束缩束装置3-第一倍频晶体(BBO)4-第一精密二维调整架5-平面反射镜6-第一精密三维调整架7-第二精密二维调整架8-第二倍频晶体(BBO)9-第三精密二维调整架10-第三倍频晶体(BBO)11-第四精密二维调整架12-第四倍频晶体(LBO)具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。一种高稳定性、高转换效率的，其特征在于该方法包括下列步骤 ①选定基频光工作光强及其变化范围和倍频晶体，将相关参数代入归一化的倍频耦合方程组，通过计算机模拟计算，确定倍频晶体处于倍频稳定区的有效工作长度；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高稳定性、高转换效率的高斯倍频光脉冲的产生方法，其特征在于该方法包括下列步骤：①选定基频光工作光强及其变化范围和倍频晶体，将相关参数代入归一化的倍频耦合方程组，通过计算机模拟计算，确定倍频晶体处于倍频稳定区的有效工作长度；　 　②选定倍频晶体工作方式，搭建相应的倍频输出装置；③用示波器分别检测入射基频光光强和出射的倍频光光强；④调节倍频晶体的上下俯仰角及左右倾斜角度，使晶体满足倍频位相匹配条件，使由倍频晶体输出的倍频光强最大；⑤调节输入基 频光光强，以获得由倍频晶体输出的倍频光达到稳定输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康俊，陈绍和，韦辉，朱健强，
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：31[中国|上海]