CN110071419A - 一种飞秒激光脉冲净化的系统和方法 - Google Patents

一种飞秒激光脉冲净化的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110071419A
CN110071419A CN201810060772.2A CN201810060772A CN110071419A CN 110071419 A CN110071419 A CN 110071419A CN 201810060772 A CN201810060772 A CN 201810060772A CN 110071419 A CN110071419 A CN 110071419A
Authority
CN
China
Prior art keywords
crystal
cross polarization
polarization wave
femto
laser pulse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201810060772.2A
Other languages
English (en)
Inventor
许毅
冷雨欣
於林鹏
李妍妍
刘彦祺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority to CN201810060772.2A priority Critical patent/CN110071419A/zh
Publication of CN110071419A publication Critical patent/CN110071419A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10061—Polarization control
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/1083—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering using parametric generation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

一种飞秒激光脉冲净化的系统和方法，包括信号光产生模块和泵浦光产生模块，信号光产生模块包括交叉偏振波产生装置(3)和光参量放大装置(6)；泵浦光产生模块包括延时装置(4)和倍频装置(5)；交叉偏振波产生装置包括交叉偏振波产生晶体，交叉偏振波产生晶体工作在非真空状态。本发明将交叉偏振波产生技术与飞秒光参量放大技术结合：交叉偏振波产生过程能展宽入射光光谱和提升对比度，为光参量放大提供合适的信号光；光参量放大过程支持宽带宽增益，并进一步提升光束对比度和放大能量。本发明结构简单，无需引入真空装置，不仅成本低，而且调试简单容易实现，产生的脉冲对比度高、频谱宽、能量较大、光束品质好、稳定性好。

Description

一种飞秒激光脉冲净化的系统和方法
技术领域
本发明涉及超短激光脉冲，特别是一种飞秒激光脉冲净化的系统和方法。该系统将交叉偏振波产生和光参量放大进行结合，实现高对比度超短激光脉冲的稳定输出。
背景技术
啁啾脉冲放大(CPA)技术的发明为超短超强激光开辟了新的道路。自二十世纪九十年代以来，CPA技术得到了迅猛的发展，目前世界上很多研究机构都已建立起了基于啁啾脉冲放大技术的数百太瓦(TW)甚至数拍瓦(PW)量级的激光装置。如此高峰值功率的激光装置为人类提供了前所未有的实验手段与极端物理条件，有利于深入地研究客观世界规律。然而在如此高的峰值功率下，激光与物质相互作用时，脉冲前沿强度较大的噪声可能会先于主脉冲与靶面发生作用，产生预等离子体，从而破坏激光与物质相互作用的物理机制。这就使得激光脉冲时域对比度(定义为主脉冲强度与预脉冲强度之比)的重要性越来越突出。
脉冲对比度问题在近年来已经广泛地引起了各大研究机构的关注，各种用于对比度提升的脉冲净化技术也相应诞生。其中，基于展宽器前的脉冲净化技术因其卓越的性能而获得广泛使用。目前，提升激光脉冲对比度的方法有可饱和吸收体技术(SA)、交叉偏振波(XPW)、飞秒光参量放大(OPA)、等离子体镜等。这些技术各有优缺点，例如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，只能提升1-2个数量级；利用等离子体镜提升对比度转化效率较低，参数难于控制，而且成本高，一般将对比度提升2-3个数量级；交叉偏振波产生技术近年来发展较快，该技术简单易行，可展宽光谱，但对比度提升能力受限于偏振片的消光比，同时转换效率较低下，输出能量较低，一般可将对比度提升4-5个数量级；飞秒光学参量放大技术摆脱了偏振片消光比的限制，但飞秒光参量放大技术的对比度提升能力会受限于放大增益。而放大增益又与注入的信号光能量密切相关。因此，在飞秒光参量放大技术中，为有效地提升脉冲对比度，合适的注入信号光能量就变得尤为重要。
发明内容
在先技术中有将各种技术相互结合实现对飞秒激光脉冲对比度的提升，比如2014年发表的文献“High temporal contrast frontend with optical parametricamplifier for high powerful femtosecond laser”(Optics&Laser Technology 57(2014)165–168)及2015年公开的中国专利(CN 103208734 A)提出采用空心光纤+交叉偏振波产生技术+飞秒光参量放大技术，此技术为了能够实现光斑质量的提升引入空心光纤对输入的脉冲光进行滤波整形，但空心光纤的引入使结构更加复杂，不仅不易操作调节，而且使得信号光的光程大大增加，相应的就需要光程更长的延时装置进行光参量放大泵浦光的光路调整，使得光参量放大泵浦光的光程增加，会在长距离自由传输过程中降低泵浦光的空间光束质量。另外与真空环境的配合使用使得装置的成本以及复杂性大大增加，并且空心光纤的透过效率通常在70％左右，会降低装置的能量转换效率。还有，由于交叉偏振波产生装置工作在较低的注入脉冲能量条件下，而一般使用空心光纤都是在较高的注入能量下，不仅限制了对比度的提升空间，而且会损伤非线性晶体，大大影响装置的长期稳定性工作。2016年公开的中国专利(CN 105790045A，大能量周期量级超高信噪比飞秒种子脉冲产生装置)不仅额外引入全固态展宽系统对光谱进行展宽，光谱宽度650-950nm，而且通过所引入的熔融石英楔片组色散补偿系统位于光束进入交叉偏振波产生装置之前，对经过交叉偏振产生装置之后的信号光没有进行精密的色散补偿，不利于后续光参量放大系统中信号光与泵浦光的时域匹配，从而影响光参量放大系统的能量转化效率。另外，该系统所获得的种子源是脉宽小于10fs的周期量级激光脉冲，所获得的是大能量脉冲。
此外，在先技术中还有将交叉偏振波产生技术和皮秒光参量放大技术相结合实现激光脉冲对比度的提升，比如2017年发表的文献“High-contrast 10fs OPCPA-basedfront end for multi-PW laser chains”(Optics Letter,Vol 42,No 18(2017)3530-3533)。在此技术中使用皮秒光参量放大技术，需要额外研制一套皮秒泵浦激光的放大器，不仅明显增加了成本而且增加了装置的体积和复杂性。此外，使用皮秒光参量放大技术，在泵浦时间窗口内(比如数皮秒或数十皮秒)会因为参量荧光噪声的影响，导致输出信号光在主脉冲前沿数皮秒或数十皮秒范围内的对比度受到影响。
为了解决现有的提高超短脉冲对比度的方法提升数量级少、装置调试复杂、稳定性低的技术问题，本发明将交叉偏振波产生技术与飞秒光参量放大技术结合起来：交叉偏振波产生过程不仅能展宽入射光光谱和提升对比度，为光参量放大过程提供合适的信号光，而且微焦量级的输出能量可以确保长期运行的可靠性；飞秒光参量放大过程则能支持宽带宽增益，并进一步提升光束对比度和放大能量，满足高峰值功率激光装置对优质种子脉冲高对比度、较大能量、输出稳定的重大需求。在本系统中，由于交叉偏振波产生装置工作在较低的注入脉冲能量条件下，非线性晶体不易损伤，有利于输出较高的空间光束质量和提升装置的长期工作稳定性。而且无需使用空心光纤进行光束空间整形以及真空装置，系统的设计、研制及运行维护更加简单易行。本发明结构简单，不使用空心光纤，并且不需要引入真空装置和额外的光谱展宽装置，不仅成本低，而且调试简单容易实现，所产生的激光脉冲具有对比度高、频谱宽、能量较大、光束品质好、稳定性好等优点。
本发明的具体技术解决方案如下：
一种飞秒激光脉冲净化系统，包括：信号光产生模块和泵浦光产生模块，其特征在于所述信号光产生模块包括交叉偏振波产生装置和光参量放大装置；所述泵浦光产生模块包括延时装置和倍频装置；所述交叉偏振波产生装置包括交叉偏振波产生晶体，所述交叉偏振波产生晶体工作在非真空状态下。
所述泵浦光产生模块至少包括一个延时装置。
所述交叉偏振波产生装置包括第一偏振镜、第二偏振镜、聚焦装置和至少一个交叉偏振波产生晶体。
所述交叉偏振波产生晶体为BaF2晶体或CaF2晶体。
所述交叉偏振波产生晶体厚度为0.5mm-2.5mm，优选地，为1mm-1.5mm。
所述第一偏振镜和第二偏振镜为格兰棱镜。
所述光参量放大装置包括光参量放大晶体。
所述光参量放大晶体为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)。
所述光参量放大晶体厚度为≤2mm，优选地，为0.5mm。
所述延时装置至少包括一对全反镜，调整精度达到微米量级。
所述倍频装置包括倍频晶体、第一双色镜、第二双色镜。
所述倍频晶体为β-偏硼酸钡晶体(BBO)晶体、三硼酸锂晶体(LBO)、硼酸铋晶体(BIBO)或磷酸钛氧钾晶体(KTP)。
所述倍频晶体的厚度为≤2mm，优选地，为0.5mm-1mm。
所述第一双色镜、第二双色镜为镀膜的熔融石英、K9玻璃、CaF2玻璃，对倍频光高反、基频光高透，反射率≥95％，透过率≥95％。
所述聚焦装置包括凹面镜和凸面镜。
所述聚焦装置凹面镜的焦距为0.4-1m，优选地，为0.5m；所述聚焦装置凸面镜的焦距为-0.1—-0.2m，优选地，为-0.1m。
所述聚焦装置包括凸透镜。
所述聚焦装置凸透镜的焦距为0.5-2m，优选地，为1m。
所述飞秒激光脉冲净化系统，还包括至少一个玻璃片和/或啁啾镜，位于交叉偏振波产生系统与光参量放大晶体之间。
所述啁啾镜反射效率≥99％，补偿带宽≥100nm，实现对信号光的相位补偿。
经过所述飞秒激光脉冲净化系统输出的飞秒激光脉宽≥14fs。
经过所述飞秒激光脉冲净化系统输出的飞秒激光光谱宽度范围720nm-880nm。
经过所述飞秒激光脉冲净化系统输出的飞秒激光脉冲能量≥50uJ。
本发明还提供了一种飞秒激光脉冲净化的方法：第一光束经过交叉偏振波产生装置进行光谱展宽和对比度提升，然后作为信号光(100)进入光参量放大装置；第二光束进入倍频装置，产生倍频光，所述倍频光作为泵浦光(200)进入光参量放大装置，与进入的信号光采用I类近简并方式，获得对比度和能量都提升的信号光。
所述采用I类近简并方式为信号光的偏振状态垂直于泵浦光，信号光的波长是泵浦光波长的2倍。
所述第一光束与第二光束由同一飞秒激光光源经过分束获得。
所述的分束由分束系统实现。
所述的分束系统包括分束片。
所述飞秒激光光源为啁啾脉冲放大飞秒激光装置。
所述飞秒激光装置输出的激光脉冲的脉宽为20fs-200fs中的一种，优选地，为40fs。
所述飞秒激光装置输出的激光脉冲的能量范围为≥2mJ，优选地，为3-6mJ。
所述进入光参量放大装置的信号光能量范围为≤25uJ，优选地，为5-15uJ。
所述的进入光参量放大晶体中的信号光色散由啁啾镜对和/或玻璃片进行控制，所述啁啾镜对和/或玻璃片位于交叉偏振波产生系统与光参量放大晶体之间，可以通过改变玻璃片的厚度来调节经过交叉偏振波产生系统后产生的信号光的色散，使信号光与泵浦光实现最佳的时域匹配。
所述的用于调节信号光色散的玻璃片厚度为≤8mm。
所述方法中，通过控制飞秒激光装置的输出脉冲激光的光谱相位和能量，使所述交叉偏振波产生过程的输出光谱匀滑无调制，且与输入光谱相比得到展宽，无需额外引入光谱展宽装置。
所述方法中，通过控制飞秒激光装置的输出脉冲激光的能量，使进入交叉偏振波产生装置的脉冲能量≤250uJ，优选地，为≤150uJ。
与先技术相比，本发明具有以下显著特点：
1、本系统结合了交叉偏振波产生技术与飞秒光学参量放大技术各自的优点：交叉偏振波产生技术能提高对比度、展宽光谱，光参量放大装置能实现宽带、大能量、超高对比度的信号光输出，满足高峰值功率激光装置对优质种子脉冲的重大需求。
2、本发明能够实现交叉偏振波产生装置在较低的注入脉冲能量条件下工作，在同等输出能量的情况下不仅避免了对脉冲对比度提升的限制，而且非线性晶体不会损伤，装置的长期工作稳定性得到显著改善。
3、本发明结构简单，不使用空心光纤，并且不需要引入真空装置，不仅成本低，而且调试简单方便，容易实现，所产生的激光脉冲具有对比度高、频谱宽、能量较大、光束品质好、稳定性好等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本发明的简易原理图；300：飞秒激光脉冲净化系统；100：信号光；200：泵浦光。
图2：本发明实施例1的系统结构示意图。
图3：本发明实施例2的系统结构示意图。
图4：本发明实施例3的系统结构示意图。
图5：(a)实施例3中啁啾脉冲放大飞秒激光器的输出脉冲对比度；(b)实施例3中经第九全反镜(20)反射后输出的信号光对比度。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
请参照图2，图2为本发明实施例1的系统结构示意图。由图可见，本发明实施例1的系统包括：飞秒脉冲激光器(1)，分束片(2-1)，由第一偏振镜(3-1)、第二偏振镜(3-2)、第一交叉偏振波产生晶体BaF2晶体(3-3)和聚焦装置组成的交叉偏振波产生装置(3)，由第一全反镜(4-1)、第二全反镜(4-2)组成的第一延时装置(4)，由倍频晶体BBO晶体(5-1)、第一双色镜(5-2)、第二双色镜(5-3)组成的倍频装置(5)，由光参量放大晶体BBO晶体(6-1)组成的光参量放大装置(6)。其中所述聚焦装置由第一凹面镜(3-4)、第一凸面镜(3-5)组成。该系统还包括第一啁啾镜对(7)、第一凸透镜(8)、第二啁啾镜对(9)、半波片(10)、第三全反镜(11)、第四全反镜(12)、第二凹面镜(13)、第二凸面镜(14)和第三双色镜(15)、玻璃片(22)。
具体的，800nm千赫兹飞秒激光器(1)输出的3.9mJ种子光经所述的分束片(2-1)分为两束激光，其中一束激光,能量80uJ，经过第一啁啾镜对(7)补偿后，通过第一偏振镜(3-1)，经过由第一凹面镜(3-4)和第一凸面镜(3-5)组成的面镜组缩束后入射到第一交叉偏振波产生晶体BaF2(3-3)和第二偏振镜(3-2)，输出偏振状态与输入光偏振状态相互垂直的交叉偏振波9uJ，该交叉偏振波经第一凸透镜(8)准直、第二啁啾镜对(9)补偿后，经过玻璃片(22)，由第三全反镜(11)反射后通过800nm半波片(10)，作为信号光注入到所述的光参量放大晶体BBO晶体(6-1)，所注入的信号光能量为5uJ。
另一束激光，能量3.8mJ，经第四全反镜(12)、第一全反镜(4-1)、第二全反镜(4-2)反射后，注入BBO倍频晶体(5-1)进行倍频产生400nm激光1.8mJ，该400nm激光依次经过所述的第一双色镜(5-2)、第二双色镜(5-3)后，通过由第二凹面镜(13)和第二凸面镜(14)组成的缩束装置，经第三双色镜(15)反射，作为泵浦光注入到所述的光参量放大晶体BBO晶体(6-1)，所输出的信号光是具有高对比度、宽频谱的飞秒激光脉冲。
所述第一凹面镜(3-4)焦距0.5m，第一凸面镜(3-5)焦距-0.1m，第二凹面镜(13)焦距0.6m，第二凸面镜(14)焦距-0.3m，第一交叉偏振波产生晶体BaF2晶体(3-3)厚度均为1.5mm，第一凸透镜(8)焦距0.6m，倍频晶体BBO晶体(5-1)的厚度1mm，光参量放大晶体BBO晶体(6-1)的厚度0.5mm，玻璃片(22)的厚度为8mm。
实施例2
请参照图3，图3为本发明实施例2的系统结构示意图。由图可见，本发明实施例2的系统包括：飞秒脉冲激光器(1)，分束片(2-1)，由第一偏振镜(3-1)、第二偏振镜(3-2)、第一交叉偏振波产生晶体BaF2(3-3)和聚焦装置组成的交叉偏振波产生装置(3)，由第一全反镜(4-1)、第二全反镜(4-2)组成的第一延时装置(4)，由倍频晶体BBO晶体(5-1)、第一双色镜(5-2)、第二双色镜(5-3)组成的倍频装置，由光参量放大晶体BBO晶体(6-1)组成的光参量放大装置。其中所述聚焦装置包括第二凸透镜(3-6)。该系统还包括第一啁啾镜对(7)、第一凸透镜(8)、第二啁啾镜对(9)、半波片(10)、第三全反镜(11)、第四全反镜(12)、第二凹面镜(13)、第二凸面镜(14)和第三双色镜(15)、玻璃片(22)。
具体的，800nm千赫兹飞秒激光器(1)输出的3.9mJ种子光经所述的分束片(2-1)分为两束激光，其中一束激光,能量80uJ，经过第一啁啾镜对(7)补偿后，经过由第二凸透镜(3-6)构成的聚焦装置聚焦，然后通过第一偏振镜(3-1)，再入射到第一交叉偏振波产生晶体BaF2晶体(3-3)和第二偏振镜(3-2)，输出偏振状态与输入光偏振状态相互垂直的交叉偏振波9uJ，该交叉偏振波经第一凸透镜(8)准直、第二啁啾镜对(9)补偿后通过玻璃片(22)及800nm半波片(10)，经第三全反镜(11)反射后，作为信号光注入到所述的光参量放大晶体BBO晶体(6-1)，所注入的信号光能量10uJ。
另一束激光，能量3.8mJ，经第四全反镜(12)、第一全反镜(4-1)、第二全反镜(4-2)反射后，注入倍频晶体BBO晶体(5-1)进行倍频产生400nm激光1.8mJ，该400nm激光依次经过所述的第一双色镜(5-2)、第二双色镜(5-3)后，通过由第二凹面镜(13)和第二凸面镜(14)组成的缩束装置，经第三双色镜(15)反射，作为泵浦光注入到所述的光参量放大晶体BBO晶体(6-1)，所输出的信号光是具有高对比度、宽频谱的飞秒激光脉冲。
所述第二凸透镜(3-6)的焦距是1m，第二凹面镜(13)焦距0.5m，第二凸面镜(14)焦距-0.1m，第一交叉偏振波产生晶体BaF2晶体(3-3)厚度均为1.5mm，第一凸透镜(8)焦距0.6m，倍频晶体BBO晶体(5-1)的厚度1mm，光参量放大晶体BBO晶体(6-1)的厚度0.5mm，玻璃片(22)的厚度为1mm。
实施例1与实施例2的最主要区别在于：在交叉偏振波产生装置中，实施例2的聚焦装置由第二凸透镜(3-6)构成，位于第一偏振镜(3-1)与第一啁啾镜对(7)之间；而实施例1的聚焦装置采用缓聚焦装置，由第一凹面镜(3-1)、第一凸面镜(3-2)组成，第一凹面镜(3-1)与第一凸面镜(3-2)位于第一偏振镜(3-1)与第一交叉偏振波产生晶体BaF2(3-3)之间。
实施例3
请参照图4，图4为本发明实施例3的系统结构示意图。由图可见，本发明实施例3的系统包括：
啁啾脉冲放大飞秒激光器(1)，分束片(2-1)，由第一偏振镜(3-1)、第二偏振镜(3-2)、第一交叉偏振波产生晶体BaF2(3-3)、第二交叉偏振波产生晶体BaF2(3-7)和聚焦装置组成的交叉偏振波产生装置(3)，由第一全反镜(4-1)、第二全反镜(4-2)组成的第一延时装置(4)，由倍频晶体BBO晶体(5-1)、第一双色镜(5-2)、第二双色镜(5-3)组成的倍频装置(5)，由光参量放大晶体BBO(6-1)组成的光参量放大装置。其中所述聚焦装置由第一凹面镜(3-4)、第一凸面镜(3-5)组成。该装置还包括第一啁啾镜对(7)、第三凹面镜(8-2)、第三凸面镜(8-1)、第二啁啾镜对(9)、半波片(10)、第三全反镜(11)、第四全反镜(12)、第二凹面镜(13)、第二凸面镜(14)、第三双色镜(15)、第五全反镜(16)、第六全反镜(17)、第七全反镜(18)、第八全反镜(19)、第九全反镜(20)、第四双色镜(21)。其中第七全反镜(18)与第八全反镜(19)组成第二延时装置。
具体的，800nm千赫兹啁啾脉冲放大飞秒激光器(1)输出的3.9mJ种子光经所述的分束片(2-1)分为两束激光，其中一束激光,能量80uJ，经过第一啁啾镜对(7)补偿后，通过第一偏振镜(3-1)，经过由第一凹面镜(3-4)和第一凸面镜(3-5)组成的面镜组缩束后入射到第一交叉偏振波产生晶体BaF2(3-3)、第二交叉偏振波产生晶体BaF2(3-7)和第二偏振镜(3-2)，输出偏振状态与输入光偏振状态相互垂直的交叉偏振波9uJ，该交叉偏振波经第三凹面镜(8-2)、第三凸面镜(8-1)准直、第二啁啾镜对(9)补偿后，经过玻璃片(22)后，由第三全反镜(11)反射后通过800nm半波片(10)，作为信号光注入到所述的光参量放大晶体BBO晶体(6-1)，所注入的信号光能量5uJ。实验中，通过控制激光装置输出的脉冲激光的能量，使进入交叉偏振波产生装置的脉冲能量在250uJ以内都进行了尝试，效果优异的为≤150uJ。
另一束激光，能量3.8mJ，经第四全反镜(12)、第一全反镜(4-1)、第二全反镜(4-2)反射后，注入倍频晶体BBO晶体(5-1)进行倍频产生400nm激光1.8mJ，该400nm激光依次经过所述的第一双色镜(5-2)、第二双色镜(5-3)后，通过由第二凹面镜(13)和第二凸面镜(14)组成的缩束装置，经第五全反镜(16)反射后进入第七全反镜(18)、第八全反镜(19)组成的第二延时装置，再经第六全反镜(17)反射后经第三双色镜(15)反射，作为泵浦光注入到所述的光参量放大晶体BBO晶体(6-1)，所输出的光经第四双色镜(21)和第九全反镜(20)反射后输出信号光，输出的信号光是具有高对比度、宽频谱的飞秒激光脉冲。
所述第一凹面镜(3-4)焦距0.5m，第一凸面镜(3-5)焦距-0.1m，第二凹面镜(13)焦距0.6m，第二凸面镜(14)焦距-0.3m，第三凹面镜(8-2)焦距0.4m，第三凸面镜(8-1)焦距-0.2m，第一交叉偏振波产生晶体BaF2晶体(3-3)厚度均为1.5mm，第二交叉偏振波产生晶体BaF2晶体(3-7)厚度均为1.5mm，第一凸透镜(8)焦距0.6m，倍频晶体BBO晶体(5-1)的厚度1mm，光参量放大晶体BBO晶体(6-1)的厚度0.5mm，玻璃片(22)的厚度为6mm。啁啾脉冲放大激光器(1)的输出脉冲对比度为2×10-8(如图5(a)所述)，经交叉偏振波产生装置与光参量放大装置后可提升约6个数量级，可达10-13—10-14，相比于单独使用交叉偏振波产生装置，该装置的对比度提升能力增加一个数量级；由于测试的动态范围限制，如图5(b)所示为10-10，图5中的插图显示在主脉冲前3ps获得高品质种子脉冲。另外，经交叉偏振波产生装置与光参量放大装置后最终输出的激光脉冲能量可到百微瓦量级，能谱宽度720—880nm，脉宽大于14飞秒。而且，由于交叉偏振波产生装置工作在较低的注入脉冲能量条件下，非线性晶体不会损伤，装置的长期工作稳定性可得到显著改善。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (13)

1.一种飞秒激光脉冲净化系统，包括：信号光产生模块和泵浦光产生模块，其特征在于，所述信号光产生模块包括交叉偏振波产生装置(3)和光参量放大装置(6)；所述泵浦光产生模块包括延时装置(4)和倍频装置(5)；所述交叉偏振波产生装置(3)包括交叉偏振波产生晶体，所述交叉偏振波产生晶体工作在非真空状态下。
2.一种如权利要求1所述的飞秒激光脉冲净化系统，其特征在于，所述交叉偏振波产生装置(3)包括第一偏振镜(3-1)、第二偏振镜(3-2)、聚焦装置和至少一个交叉偏振波产生晶体。
3.一种如权利要求2所述的飞秒激光脉冲净化系统，其特征在于，所述交叉偏振波产生晶体为BaF2晶体或CaF2晶体。
4.一种如权利要求1所述的飞秒激光脉冲净化系统，其特征在于，所述倍频装置包括倍频晶体(5-1)、第一双色镜(5-2)和第二双色镜(5-3)。
5.一种如权利要求4所述的飞秒激光脉冲净化系统，其特征在于，所述倍频晶体(5-1)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。
6.一种如权利要求1所述的飞秒激光脉冲净化系统，其特征在于，所述光参量放大装置(6)包括光参量放大晶体(6-1)。
7.一种如权利要求6所述的飞秒激光脉冲净化系统，其特征在于，所述光参量放大晶体(6-1)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。
8.一种如权利要求1所述的飞秒激光脉冲净化系统，其特征在于，还包括至少一个玻璃片和/或啁啾镜，位于交叉偏振波产生系统与光参量放大晶体之间。
9.一种如权利要求8所述的飞秒激光脉冲净化系统，其特征在于，所述玻璃片厚度为≤8mm。
10.一种飞秒激光脉冲净化的方法，其特征在于，第一光束经过交叉偏振波产生装置(3)进行光谱展宽和对比度提升，然后作为信号光(100)进入光参量放大装置(6)；第二光束进入倍频装置(5)，产生倍频光，所述倍频光作为泵浦光(200)进入光参量放大装置(6)，与进入光参量放大装置(6)的信号光(100)采用I类近简并方式，获得对比度和能量都有提升的信号光。
11.一种如权利要求10所述的飞秒激光脉冲净化的方法，其特征在于，所述第一光束与所述第二光束由同一飞秒激光光源经过分束获得。
12.一种如权利要求11所述的飞秒激光脉冲净化的方法，其特征在于，所述的飞秒激光光源为啁啾脉冲放大飞秒激光装置。
13.一种如权利要求10所述的飞秒激光脉冲净化的方法，其特征在于，所述进入所述交叉偏振波产生装置的第一光束脉冲能量≤250uJ。
CN201810060772.2A 2018-01-22 2018-01-22 一种飞秒激光脉冲净化的系统和方法 Withdrawn CN110071419A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810060772.2A CN110071419A (zh) 2018-01-22 2018-01-22 一种飞秒激光脉冲净化的系统和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810060772.2A CN110071419A (zh) 2018-01-22 2018-01-22 一种飞秒激光脉冲净化的系统和方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110071419A true CN110071419A (zh) 2019-07-30

Family

ID=67364767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810060772.2A Withdrawn CN110071419A (zh) 2018-01-22 2018-01-22 一种飞秒激光脉冲净化的系统和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110071419A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114156723A (zh) * 2021-11-11 2022-03-08 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于涡旋光的交叉偏振波产生装置和方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101867141A (zh) * 2010-05-27 2010-10-20 复旦大学 基于倍频型级联啁啾脉冲放大产生高信噪比脉冲的装置
WO2012167907A1 (de) * 2011-06-06 2012-12-13 Automation Dr. Nix Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und verfahren zur bestimmung von material-eigenschaften einer substrat-probe im tera-hertz-frequenzspektrum
CN105790045A (zh) * 2016-05-16 2016-07-20 中国科学院上海光学精密机械研究所 大能量周期量级超高信噪比飞秒种子脉冲产生装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101867141A (zh) * 2010-05-27 2010-10-20 复旦大学 基于倍频型级联啁啾脉冲放大产生高信噪比脉冲的装置
WO2012167907A1 (de) * 2011-06-06 2012-12-13 Automation Dr. Nix Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und verfahren zur bestimmung von material-eigenschaften einer substrat-probe im tera-hertz-frequenzspektrum
CN105790045A (zh) * 2016-05-16 2016-07-20 中国科学院上海光学精密机械研究所 大能量周期量级超高信噪比飞秒种子脉冲产生装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. JULLIEN ET AL.: ""Highly efficient temporal cleaner for femtosecond pulses based on cross-polarized wave generation in a dual crystal scheme", 《APPLIED PHYSICS B-LASERS AND OPTICS 》 *
YANSUI HUANG ET AL.: "Ultrashort pulse temporal contrast enhancement based on noncollinear optical-parametric amplification", 《OPTICS LETTERS》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114156723A (zh) * 2021-11-11 2022-03-08 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于涡旋光的交叉偏振波产生装置和方法
CN114156723B (zh) * 2021-11-11 2024-02-13 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于涡旋光的交叉偏振波产生装置和方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106329302B (zh) 宽带激光泵浦的双啁啾光参量放大方法及装置
CN101211088B (zh) 单晶体可调谐宽带非共线飞秒光参量放大方法及装置
Ramirez et al. Efficient cross polarized wave generation for compact, energy-scalable, ultrashort laser sources
Dharmadhikari et al. Systematic study of highly efficient white light generation in transparent materials using intense femtosecond laser pulses
CN104283097A (zh) 一种780nm的高功率光纤飞秒激光器
Begishev et al. Limitation of second-harmonic generation of femtosecond Ti: sapphire laser pulses
CN104362500B (zh) 一种高能量超短脉冲光纤激光器
Kraemer et al. High-power femtosecond infrared laser source based on noncollinear optical parametric chirped pulse amplification
CN104009378B (zh) 一种基于绿光光纤激光器泵浦的可见光超连续谱光源
CN103259180B (zh) 高对比度飞秒激光脉冲产生装置
Ledoux et al. Generation of high peak power subpicosecond pulses in the 1.0–1.6 μm range by parametric amplification in an organic crystal
KR102550608B1 (ko) 나노초-이하의 확장 스펙트럼 발생 레이저 시스템
CN103208734A (zh) 稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源
Mero et al. High-average-power, 50-fs parametric amplifier front-end at 1.55 μm
CN104950546B (zh) 一种利用参量转换技术产生中波红外激光输出的方法
CN101557073A (zh) 远程全光同步光学参量啁啾脉冲放大激光系统
CN203326348U (zh) 一种波长可调谐深紫外光激光器
Erny et al. High-repetition-rate optical parametric chirped-pulse amplifier producing 1-μJ, sub-100-fs pulses in the mid-infrared
CN101752782B (zh) 级联光学参量放大系统脉冲压缩的方法
CN102545012A (zh) 载波包络相位稳定的1053纳米飞秒脉冲产生装置
Bradler et al. Broadband difference frequency mixing between visible and near-infrared pulses for few-cycle pulse generation with stable carrier-envelope phase
CN110071421A (zh) 一种产生飞秒种子光的系统和方法
CN110071419A (zh) 一种飞秒激光脉冲净化的系统和方法
CN103346465A (zh) 一种波长可调谐深紫外光激光器
CN101625500A (zh) 超短脉冲时间净化装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20190730

WW01 Invention patent application withdrawn after publication