CN103208734A

CN103208734A - 稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源

Info

Publication number: CN103208734A
Application number: CN2013101025124A
Authority: CN
Inventors: 李妍妍; 冷雨欣; 郭晓杨; 许毅; 邹晓; 李儒新; 徐至展
Original assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2013-07-17

Abstract

一种稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源，包装泵浦源、光谱展宽系统、激光脉冲净化系统、参量放大系统及色散补偿系统。利用空心光纤对脉冲进行整形滤波，经过交叉偏振波产生装置实现脉冲净化，然后通过光学参量放大和脉冲压缩，最后实现高对比度飞秒超短激光脉冲的输出。本发明既避免了大能量下交叉偏振波产生中晶体的严重损伤问题，又实现了飞秒激光脉冲长时间工作下的稳定输出，在阿秒脉冲产生等方面有着广泛的应用。

Description

稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源

技术领域

本发明涉及超短激光脉冲，特别是一种稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源。该装置通过光学参量放大过程把交叉偏振波产生的低能量高对比度飞秒激光脉冲进行放大，再经过补偿压缩，实现了高对比度超短激光脉冲的长期稳定输出。

背景技术

随着激光技术的高速发展，高功率激光系统的聚焦功率密度已达到>10²²W/cm²，在不久的将来可能会达到>10²⁵W/cm²，在这样的极端强度下，超强超短激光脉冲的时域对比度已成为强场激光物理等前沿研究中一个关键的因素。超强超短激光脉冲的时域对比度定义为主脉冲强度与其它卫星脉冲或是自发放大辐射（ASE）强度的比值。

目前，已有多种实用的提高脉冲时域对比度的方法，例如：可饱和吸收体（SA）技术、双啁啾脉冲放大（DCPA）技术，交叉偏振波产生（XPW）技术，光学参量放大（OPA）技术等。可饱和吸收体技术是一种简单传统的方法，但是提升对比度能力不强。双啁啾脉冲放大技术可有效提高对比度，但成本较高，结构较复杂。交叉偏振波产生技术结构简单，使用方便，能产生宽带的超短激光脉冲，但是对比度提高受偏振片消光比的限制，对于未来更高聚焦功率密度下要求的更高的对比度无法满足，并且非线性晶体需要工作在较高的功率密度下，容易在工作的过程中被打坏，长期工作稳定性较差。光学参量放大技术摆脱了偏振片消光比的限制，可有效提升脉冲的对比度，获得大能量稳定输出。如果把交叉偏振波产生技术与光学参量放大技术结合起来，控制交叉偏振波产生的入射能量，产生稳定的低能量高对比度的宽带超短激光脉冲，然后再经过光学参量放大过程对此激光脉冲进行放大，在同等输出能量水平下，既可以实现超短激光脉冲的稳定输出，也可以保证超短激光脉冲高的时域对比度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源。此装置既避免了大能量下交叉偏振产生过程中晶体的严重损伤问题，也实现了高对比度激光脉冲的长期稳定输出。为激光与物质相互作用的超快领域提供了可靠的激光光源。

本发明的具体技术解决方案如下：

一种稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源，包括泵浦源，其特点在于其构成：在所述的泵浦源输出的泵浦光方向依次是分束片、偏振片、第一透镜、置于真空管腔中的空心光纤，第一色散补偿装置、第一反射镜、第二反射镜、第二透镜、交叉偏振波产生装置、半波片以及第三反射镜，在所述的分束片的反射光束方向依次是二次谐波产生装置、第四反射镜，在所述的第三反射镜的反射光束方向和第四反射镜的反射光束方向的交点位置为光学参量放大器，在光学参量放大器输出光束方向为第二色散补偿装置，其工作过程如下：

所述的泵浦源输出的泵浦光束经过分束片后被分成透射光束和反射光束，所述的透射光束经过偏振片进行检偏后再经第一透镜聚焦进入所述的的空心光纤进行整形滤波，整形滤波后的激光光束经第一色散补偿系统进行色散补偿压缩，经第一反射镜、第二反射镜反射后，再经第二透镜聚焦进入交叉偏振波产生装置产生高对比度的飞秒超短激光脉冲，该飞秒超短激光脉冲作为信号光依次经过半波片、第三反射镜进入光学参量放大器中的非线性晶体内，所述的反射光束经过二次谐波产生装置产生倍频光，该倍频光作为泵浦光经第四反射镜进入光学参量放大器（16）中的非线性晶体内，与进入的信号光相互作用得到放大的信号光，该放大的信号光经第二色散补偿系统进行色散补偿压缩后输出长期稳定的高对比度飞秒超短激光脉冲。

所述的光学参量放大器中的非线性晶体为β-偏硼酸钡晶体（BBO）、三硼酸锂晶体（LBO）、硼酸铋晶体（BIBO）或磷酸钛氧钾晶体（KTP）。

所述的二次谐波产生装置的非线性晶体为β-偏硼酸钡晶体（BBO）、三硼酸锂晶体（LBO）或硼酸铋（BIBO）晶体。

所述的交叉偏振波产生装置中的非线性晶体为氟化钙（CaF₂）晶体或氟化钡（BaF₂）晶体置于真空环境中。

所述的第一色散补偿系统和第二色散补偿系统为啁啾镜对或是石英片。

本发明的优点与创新点为：

1．本装置结合了交叉偏振波产生技术与光学参量放大技术各自的优点，在同等输出能量的情况下，既避免了大能量下交叉偏振波产生技术中非线性晶体的严重损伤问题，又保证了高的脉冲时域对比度，提高了系统的长期工作稳定性。

2．本装置利用空心光纤对激光脉冲进行整形滤波，消除了光束指向性等造成的抖动性影响。

附图说明

图1为本发明稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例中测量得到的飞秒激光脉冲的光谱。

图3为本发明实施例中测量得到的信号光激光脉冲的脉冲宽度。

图4为本发明实施例中测量得到的信号光激光脉冲的时域对比度。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参照图1，图1为本发明稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源实施例的结构示意图。由图可见，本发明稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源包括，泵浦源1，在所述的泵浦源1输出的泵浦光光路上依次是分束片2、偏振片3、第一透镜4、置于真空管腔5中的空心光纤6、第一色散补偿装置7、第一反射镜8、第二反射镜9、第二透镜10、交叉偏振波产生装置11、半波片12以及第三反射镜13，在所述的分束片2的反射光束方向依次是二次谐波产生装置14、第四反射镜15，在所述的第三反射镜13的反射光束方向和第四反射镜15的反射光束方向的交点位置为光学参量放大器16，在光学参量放大器16输出光束方向为第二色散补偿装置17。其工作过程如下：泵浦源1输出的泵浦光束经过分束片2后被分成透射光束和反射光束，所述的透射光束经偏振片3进行检偏后再经第一透镜4聚焦进入置于真空管腔5中的空心光纤6进行整形滤波，整形滤波后的激光光束经第一色散补偿系统7进行色散补偿压缩，经第一反射镜8、第二反射镜9后，再经第二透镜10聚焦进入交叉偏振波产生装置11产生高对比度的飞秒超短激光脉冲，该飞秒超短激光脉冲被作为信号光依次经过半波片12、第三反射镜13进入光学参量放大器16中的非线性晶体内，所述的反射光束经过二次谐波产生装置14产生倍频光，该倍频光被作为泵浦光经第四反射镜15进入光学参量放大器16中的非线性晶体内，与进入的信号光相互作用得到放大的信号光，该放大的信号光经第二色散补偿系统17进行色散补偿压缩，最终得到稳定的高对比度飞秒超短激光脉冲。

在本实施例中所述的泵浦光束为波长800nm，重复频率1kHz，能量3.6mJ，脉冲宽度为40fs的激光脉冲。二次谐波产生装置14中的非线性晶体为0.2mm厚的BBO晶体，采用I类相位匹配（θ=29.2°，

）。光学参量放大器16中的非线性晶体为2mm厚的BBO晶体，采用I类相位匹配（θ=29.2°，

）。分束片2为表面镀有对800nm反射率为80%，透射率为20%膜层的镜片。第一透镜4为焦距为1m的透镜。第二透镜10为焦距为1.5m的透镜。空心光纤6为放置在真空管腔5中的空心光纤。第一色散补偿装置7和第二色散补偿装置17均采用啁啾镜对。交叉偏振波产生装置11放置在真空环境中，该装置中的非线性晶体为BaF₂晶体，放置于经第二透镜10聚焦的光束焦点之前。第一反射镜8、第二反射镜9和第三反射镜13均为表面镀有银膜层的镜片。第四反射镜15为表面镀有对400nm反射率高于98%膜层的镜片。

本发明稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源，通过采用交叉偏振波产生技术对空心光纤输出的宽光谱带宽激光脉冲进行净化，然后再经过光学参量放大技术对得到的宽光谱带宽激光脉冲进行放大，在输出高对比度激光脉冲的同时，也避免了高能量下交叉偏振波产生技术中的晶体严重损伤问题，为长期稳定工作的高对比度激光脉冲种子源产生提供了一种有效的途径，为超短激光与物质相互作用领域的进一步发展提供了更加优质的光源选择。

Claims

1.一种稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源，包括泵浦源（1），其特征在于其构成：在所述的泵浦源（1）输出的泵浦光方向依次是分束片（2）、偏振片（3）、第一透镜（4）、置于真空管腔（5）中的空心光纤（6），第一色散补偿装置（7）、第一反射镜（8）、第二反射镜（9）、第二透镜（10）、交叉偏振波产生装置（11）、半波片（12）以及第三反射镜（13），在所述的分束片（2）的反射光束方向依次是二次谐波产生装置（14）、第四反射镜（15），在所述的第三反射镜（13）的反射光束方向和第四反射镜（15）的反射光束方向的交点位置为光学参量放大器（16），在光学参量放大器（16）输出光束方向为第二色散补偿装置（17），其工作过程如下：

泵浦源（1）输出的泵浦光束经过分束片（2）后被分成透射光束和反射光束，所述的透射光束经过偏振片（3）进行检偏后再经第一透镜（4）聚焦进入所述的的空心光纤（6）进行整形滤波，整形滤波后的激光光束经第一色散补偿系统（7）进行色散补偿压缩，经第一反射镜（8）、第二反射镜（9）反射后，再经第二透镜（10）聚焦进入交叉偏振波产生装置（11）产生高对比度的飞秒超短激光脉冲，该飞秒超短激光脉冲作为信号光依次经过半波片（12）、第三反射镜（13）进入光学参量放大器（16）中的非线性晶体内，所述的反射光束经过二次谐波产生装置（14）产生倍频光，该倍频光作为泵浦光经第四反射镜（15）进入光学参量放大器（16）中的非线性晶体内，与进入的信号光相互作用得到放大的信号光，该放大的信号光经第二色散补偿系统（17）进行色散补偿压缩后输出长期稳定的高对比度飞秒超短激光脉冲。

2.根据权利要求1所述的稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源，其特征在于所述的光学参量放大器（16）中的非线性晶体为β-偏硼酸钡晶体、三硼酸锂晶体、硼酸铋晶体或磷酸钛氧钾晶体。

3.根据权利要求1所述的稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源，其特征在于所述的二次谐波产生装置（14）的非线性晶体为β-偏硼酸钡晶体、三硼酸锂晶体或硼酸铋晶体。

4.根据权利要求1所述的稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源，其特征在于所述的交叉偏振波产生装置（11）中的非线性晶体为氟化钙晶体或氟化钡晶体置于真空环境中。

5.根据权利要求1所述的稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源，其特征在于所述的第一色散补偿系统（7）和第二色散补偿系统（17）采用啁啾镜对进行补偿。