一种高转换效率光学参量放大器及其放大方法技术

本发明专利技术公开了一种高转换效率光学参量放大器及其放大方法，本发明专利技术仅在一级光参量放大器中放置两块非线性晶体即可实现两次闲频光或信号光能量饱和，即可提高光参量脉冲放大器的转换效率，并无需额外增加具有延迟线的饱和放大器，最终降低了系统复杂性。最终降低了系统复杂性。最终降低了系统复杂性。

【技术实现步骤摘要】
一种高转换效率光学参量放大器及其放大方法


[0001]本专利技术涉及光学材料
，特别是涉及一种高转换效率光学参量放大器及其放大方法。

技术介绍

[0002]超快脉冲激光具有峰值功率高，脉冲宽度窄等优点，因此在工业、医疗、科研、国防等领域有着广泛的应用前景。光参量放大及光参量啁啾脉冲放大，由于具有单程增益高、增益带宽宽、性噪比高、热畸变不明显等技术优势，使其成为发展高能量超快脉冲激光的首选技术路线。光参量放大指的是一束高能量的脉冲泵浦光和一束低能量的脉冲信号光同时入射到非线性晶体中，当满足一定的相位匹配条件会产生一束闲频光，并且放大信号光的过程，三者之间符合能量守恒定律。而光参量啁啾脉冲放大与光参量放大的区别在于脉冲信号光进入晶体前需展宽成皮秒甚至纳秒的啁啾脉冲光，展宽后的脉宽与泵浦光脉宽保持一致，最后放大后的啁啾信号光利用脉冲压缩器重新压缩回飞秒量级，可以显著地提高放大后信号光的峰值功率。然而这两项技术普遍面临转换效率较低的问题，因此如何设计一种高效的方法来满足工业和其他领域对高能量超短脉冲激光的应用需求成为现在亟待需要解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种高转换效率光学参量放大器及其放大方法，以解决现有技术中光参量放大过程的转换效率低的问题。
[0004]第一方面，本专利技术提供了一种高转换效率光学参量放大器，包括：泵浦光 1、泵浦光束整形器2、信号光3、信号光束整形器4、二向色镜5、第一非线性晶体6、第二非线性晶体7以及光学滤波片8；
[0005]所述泵浦光束整形器2，用于对所接收到的泵浦光1整形成汇聚光束或发散光束，当然也可以是高斯光束或平顶光束；
[0006]所述信号光束整形器4，用于对所接收到的信号光3整形成汇聚或发散光束(当然也可以是高斯光束或平顶光束)，使其在所述第一非线性晶体6和所述第二非线性晶体7上均与整形以后的泵浦光模场相匹配；
[0007]所述二向色镜5，用于将整形以后的泵浦光和信号光进行空间合束；
[0008]所述第一非线性晶体6，用于对合束后的泵浦光和信号光进行第一次饱和放大，合束后的泵浦光和信号光满足相位匹配条件，获得衰减后的泵浦光，放大后的信号光和闲频光；
[0009]所述第二非线性晶体7，表面镀有预设膜系，所述第一非线性晶体6处理后的泵浦光和信号光通过所述预设膜系时，闲频光被滤除，并通过调节所述第二非线性晶体7与所述第一非线性晶体6之间的间距，以获得预设光强的泵浦光，同时使得信号光达到第二次饱和放大；
[0010]所述光学滤波片8，用于滤除泵浦光和闲频光，以获得纯净的信号光。
[0011]所述整形后的泵浦光和信号光入射到所述第一非线性晶体6和所述第二非线性晶体7时在时间和空间上相重合。
[0012]可选地，所述泵浦光1和所述信号光3来自同一台激光器或者两台时域同步的激光器。
[0013]可选地，当泵浦光1和信号光3来自两台时域同步激光器时，所述放大器包括脉冲泵浦激光器和脉冲信号激光器；
[0014]所述脉冲泵浦激光器，用于产生所述泵浦光1；
[0015]所述脉冲信号激光器，用于产生所述信号光3。
[0016]可选地，所述预设膜系为信号光高反膜，泵浦光和闲频光增透膜。
[0017]可选地，所述光学滤波片8为长通滤波片或带通滤波片。
[0018]可选地，所述泵浦光1中心波长为1030nm，脉宽为400fs，单脉冲能量为1mJ的飞秒激光脉冲；
[0019]所述信号光3中心波长为1393.3nm，脉宽为400fs，单脉冲能量为0.5μ J的飞秒激光脉冲。
[0020]第二方面，本专利技术提供了一种基于上述任意一项所述的放大器进行光学参量放大方法，该方法包括：
[0021]通过泵浦光束整形器2将泵浦光1光束整形，使其变成具有预设发散角的汇聚或发散光束，同时通过信号光束整形器4将信号光3光束整形，使其变成具有预设发散角的汇聚或发散光束；
[0022]整形后的泵浦光1和信号光3通过二向色镜5进行空间合束，入射到所述第一非线性晶体6，进行第一次饱和放大，得到衰减的泵浦光、放大的信号光和放大的闲频光；
[0023]衰减的泵浦光、信号光以及闲频光入射到所述第二非线性晶体7上，通过所述第二非线性晶体7上的预设膜系时，闲频光被滤除，并通过调节所述第二非线性晶体7与所述第一非线性晶体6之间的间距，以获得预设光强的泵浦光，同时使得信号光达到第二次饱和放大；
[0024]通过光学滤波片滤除泵浦光和闲频光，以获得纯净的信号光。
[0025]可选地，所述泵浦光1和所述信号光3来自同一台激光器或者两台时域同步的激光器；
[0026]当泵浦光1和信号光3来自两台时域同步激光器时，所述放大器包括脉冲泵浦激光器和脉冲信号激光器；
[0027]所述脉冲泵浦激光器，用于产生所述泵浦光1；
[0028]所述脉冲信号激光器，用于产生所述信号光3。
[0029]可选地，所述预设膜系为信号光高反膜，泵浦光和闲频光增透膜。
[0030]本专利技术有益效果如下：
[0031]本专利技术仅在一级光参量放大器中放置两块非线性晶体即可实现两次闲频光或信号光能量饱和，即可提高光参量脉冲放大器的转换效率，并且由于本专利技术无需额外增加具有延迟线的饱和放大器，所以本专利技术可以降低整体系统的复杂性。
[0032]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，
而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0033]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0034]图1是本专利技术第一实施例提供的一种高转换效率光学参量放大器的结构示意图；
[0035]图2a是本专利技术第一实施例提供的第二非线性晶体，其表面镀有信号光高反膜，泵浦光和闲频光增透膜时的入射光示意图；
[0036]图2b是本专利技术第一实施例提供的第二非线性晶体，其表面镀有闲频光高反膜，泵浦光和信号光增透膜时的入射光示意图；
[0037]图3是本专利技术第一实施例提供的闲频光在非线性晶体不同位置处转换效率变化情况曲线图。
具体实施方式
[0038]本专利技术实施例针对现有光参量啁啾脉冲放大与光参量放大普遍面临转换效率较低的问题，以及当下通过采取提高泵浦激光源的平均功率和脉冲能量，以克服转换效率较低的解决方案又会直接面临高能量光参量放大系统的装置体积过于庞大，成本过于高昂的问题。
[0039]另外，考虑到目前所有参量过程中影响转换效率的因素除了光
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光的量子亏损，更主要的问题是能量逆流，能量逆流指的在参量转换过程中，放大的信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高转换效率光学参量放大器，其特征在于，包括：泵浦光(1)、泵浦光束整形器(2)、信号光(3)、信号光束整形器(4)、二向色镜(5)、第一非线性晶体(6)、第二非线性晶体(7)以及光学滤波片(8)；所述泵浦光束整形器(2)，用于对所接收到的泵浦光(1)整形成汇聚光束或发散光束；所述信号光束整形器(4)，用于对所接收到的信号光(3)整形成汇聚或发散光束，使其在所述第一非线性晶体(6)和所述第二非线性晶体(7)上均与整形以后的泵浦光模场相匹配；所述二向色镜(5)，用于将整形以后的泵浦光和信号光进行空间合束；所述第一非线性晶体(6)，用于对合束后的泵浦光和信号光进行第一次饱和放大，使得合束后的泵浦光和信号光满足相位匹配条件，获得衰减后的泵浦光，放大后的信号光和闲频光；所述第二非线性晶体(7)，表面镀有预设膜系，所述第一非线性晶体(6)处理后的泵浦光、信号光以及闲频光通过所述预设膜系时，当预设膜系为信号光高反膜，泵浦光和闲频光增透膜，信号光被滤除；当预设膜系为闲频光高反膜，泵浦光和闲频光增透膜，闲频光被滤除，并通过调节所述第二非线性晶体(7)与所述第一非线性晶体(6)之间的间距，以获得预设光强的泵浦光，同时使得信号光或闲频光达到第二次饱和放大；所述光学滤波片(8)，根据最终所需放大的激光波段滤除其他无关光束，以获得纯净的信号光或闲频光。2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，整形后的泵浦光和信号光入射到所述第一非线性晶体(6)和所述第二非线性晶体(7)时在时间和空间上相重合。3.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述泵浦光(1)和所述信号光(3)来自同一台激光器或者两台时域同步的激光器。4.根据权利要求3所述的放大器，其特征在于，当泵浦光(1)和信号光(3)来自两台时域同步激光器时，所述放大器包括脉冲泵浦激光器和脉冲信号激光器；所述脉冲泵浦激光器，用于产生所述泵浦光(1)；所述脉冲信号激光器，用于产生所述信号光(3)。5.根据权利要求1
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4中任意一项所述的放大器，其特征在于，所述预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昆，徐明航，赵鸿，张大勇，龙润泽，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：