CN110148881A - 一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法及装置 - Google Patents

一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110148881A
CN110148881A CN201910306128.3A CN201910306128A CN110148881A CN 110148881 A CN110148881 A CN 110148881A CN 201910306128 A CN201910306128 A CN 201910306128A CN 110148881 A CN110148881 A CN 110148881A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
chirp
ideler frequency
picosecond
seed
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.)
Pending
Application number
CN201910306128.3A
Other languages
English (en)
Inventor
张庆斌
洪作飞
王双
符祥龙
曹伟
陆培祥
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.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
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 Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201910306128.3A priority Critical patent/CN110148881A/zh
Publication of CN110148881A publication Critical patent/CN110148881A/zh
Pending 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
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0057—Temporal shaping, e.g. pulse compression, frequency chirping
    • 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
    • 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

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

本发明公开了一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法及装置，采用皮秒激光作为泵浦源，飞秒激光作为种子源，向飞秒种子光引入线性啁啾将其展宽至皮秒量级脉宽，同时使用YCOB晶体进行放大以提升系统所能承受的最高脉冲能量；在第一块YCOB晶体内皮秒泵浦光与啁啾种子光同步共线入射以进行放大得到放大的啁啾信号光与啁啾闲频光；采用带阻滤波片滤除啁啾信号光，保留皮秒泵浦光与啁啾闲频光，两者同步共线入射至第二块YCOB晶体内进行光参量放大得到放大后的啁啾信号光与啁啾闲频光。每一级放大后均使用带阻滤波片滤除啁啾信号光，从而抑制能量由信号光和闲频光向泵浦光传递的能量逆转换过程，显著提升了闲频光的能量转换效率。

Description

一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法及装置
技术领域
本发明涉及超快激光技术领域，具体涉及一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法及装置。
背景技术
近年来，高能量飞秒激光脉冲的产生受到了激光科学与技术领域的广泛研究，尤其在超快光学及强场物理等领域，如何产生高能量、短脉宽、高功率的飞秒激光脉冲受到了研究人员广泛的关注。目前商业化的钛宝石(Ti:sapphire)飞秒激光器已经可以在近红外波段产生超强、超短的脉冲，但受限于介质的发射波长，输出脉冲的中心波长不可调谐。
因此，光参量放大(Optical Parametric Amplification，OPA)技术因其增益带宽大、中心波长可调谐等优点成为了最好的替代方案之一。在光参量放大中，高强度的泵浦光与低强度的种子光在非线性晶体内发生差频作用，种子光得到放大产生信号光，同时产生第三种频率的闲频光。为了进一步提升OPA系统的能量，将啁啾脉冲放大(Chirped PulseAmplification，CPA)技术与OPA相结合，得到了光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)方案：使用皮秒或纳秒级的高能量长脉冲泵浦光，同时种子光被引入啁啾展宽到与泵浦光同一数量级的脉宽，如此可以降低脉冲的峰值强度，使得系统可以承受更高的能量。
值得注意的是，受限于非线性晶体的相位匹配带宽，OPCPA系统往往会出现较强的增益窄化效应，即随着放大过程的进行，信号光和闲频光的带宽会越来越窄。同时，当两者被放大到一定的程度后，超过了泵浦光的强度，会导致能量的逆转换，使得信号光和闲频光的能量降低，影响系统的转换效率。因此，如何在OPCPA系统内同时获取高能量转换效率和大的增益带宽对于超强激光脉冲的产生至关重要，必须在增益带宽和效率之间寻求一个平衡，同时实现两者的最优化。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法及装置，旨在解决现有技术中能量转换效率低的问题。
本发明提供了一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法，包括以下步骤：
(1)产生皮秒泵浦光和飞秒种子光，所述飞秒种子光被引入啁啾展宽后得到啁啾种子光，将所述皮秒泵浦光和所述啁啾种子光合并后输入至三硼酸钙氧钇(YCa4O(BO3)3,YCOB)晶体内；
(2)在第一级YCOB晶体内进行光参量放大后的输出光经过带阻滤波后，滤除啁啾信号光且保留皮秒泵浦光和啁啾闲频光；
(3)将所述皮秒泵浦光与所述啁啾闲频光共同依次经过第二级、……第N级YCOB晶体内连续放大啁啾闲频光后输出，且每一级YCOB晶体后均需滤除皮秒信号光；N为大于等于2的正整数；
(4)对最后一级的输出光进行过滤，得到纯净的啁啾闲频光，再将其压缩至飞秒量级脉宽后获得超短闲频光脉冲。
本发明中采用N个YCOB晶体进行光参量放大，第一级YCOB晶体后采用带阻滤波片滤除啁啾信号光，保留皮秒泵浦光和啁啾闲频光；输出的混合光束接下来依次通过第二YCOB晶体、第三YCOB晶体、……第N个YCOB晶体，每块YCOB晶体后分别采用带阻滤波片滤除啁啾信号光以抑制能量逆转换过程；闲频光在级联晶体中被连续放大，从而实现较高的转换效率；最终利用长波通滤波片提取纯净的啁啾闲频光，并使用闲频光压缩器将其压缩至飞秒量级脉宽，得到超短闲频光输出脉冲。
更进一步地，皮秒泵浦光和啁啾种子光之间通过延时控制器在时域上达到同步。
更进一步地，YCOB晶体的口径大于50mm*50mm。本发明利用大口径YCOB晶体中的高效率放大，获取高能量、高功率的飞秒中红外脉冲输出。
更进一步地，每个YCOB晶体的厚度均需满足如下要求：使得啁啾闲频光的能量在各块晶体内都正好被放大至饱和，同时能量的逆转换尚未发生，从而获取最高的能量转换效率。
更进一步地，每块YCOB晶体放大后均通过带阻滤波片滤除啁啾信号光。从而避免了在后续晶体内放大时的能量逆转换过程发生。
本发明还提供了一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大装置，包括皮秒泵浦激光源、飞秒种子激光源、种子光展宽器、二向色镜、多级放大单元、长波通滤波片和闲频光压缩器；皮秒泵浦激光源用于产生皮秒泵浦光；飞秒种子激光源用于产生飞秒种子光；种子光展宽器用于对所述飞秒种子光进行展宽后获得啁啾种子光，二向色镜用于将所述皮秒泵浦光和所述啁啾种子光进行合并后输出，多级放大单元包括N个YCOB晶体和(N-1)个带阻滤波片，N个YCOB晶体依次设置在二向色镜的出射光路上，且每相邻两个YCOB晶体之间设置一个带阻滤波片；YCOB晶体用于对二向色镜输出的光进行光参量放大；带阻滤波片用于对放大后的光信号进行滤除啁啾信号光且保留皮秒泵浦光和啁啾闲频光的处理；长波通滤波片用于对经过N个YCOB晶体依次放大后最后一级的输出光进行滤波处理后获得纯净的啁啾闲频光；闲频光压缩器用于将纯净的啁啾闲频光压缩至飞秒量级脉宽后获得超短闲频光脉冲。
更进一步地，还包括：延时控制器，其第一输出端连接至皮秒泵浦激光源的控制端，第二输出端连接至飞秒种子激光源的控制端，用于控制所述皮秒泵浦激光源输出的皮秒泵浦光和飞秒种子激光源输出的啁啾种子光在时域上保持同步。
更进一步地，YCOB晶体的口径大于50mm*50mm。
更进一步地，每个YCOB晶体的厚度均需满足如下要求：使得啁啾闲频光的能量在各块晶体内都正好被放大至饱和，同时能量的逆转换尚未发生。
本发明采用大口径YCOB晶体，入射面直径可达80毫米，从而使得系统能够承受极高的入射脉冲能量；同时，级联的YCOB晶体之间使用带阻滤波片滤除啁啾信号光，避免了后续放大过程中能量逆转换效应的发生，因此啁啾闲频光的能量可以持续提高，最终实现较高的能量转换效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的拍瓦级光参量啁啾脉冲放大装置的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的闲频光的能量转换效率随着YCOB晶体有效厚度的变化情况图，其中，实线为多块级联YCOB晶体的高效率光参量啁啾脉冲放大条件下的结果，虚线为单块YCOB晶体放大条件下的结果。
图3为本发明实施例提供的级联YCOB晶体的光参量啁啾脉冲放大系统所得的闲频光频谱曲线。
图4为本发明实施例提供的补偿了输出闲频光的啁啾后所得的飞秒闲频光脉冲的时域波形。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明通过光参量啁啾脉冲放大方式，采用级联的YCOB晶体，并在系统达到饱和时使用带阻滤波片滤除信号光波长成分，从而抑制能量逆转换过程，如此反复对闲频光进行放大，以实现最高的能量转换效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法，包括以下步骤：
S1：产生皮秒泵浦光和飞秒种子光，飞秒种子光引入啁啾被展宽得到啁啾种子光，皮秒泵浦光和啁啾种子光之间通过延时控制器在时域上达到同步；将皮秒泵浦光和啁啾种子光通过二向色镜合并，共同输入到大尺寸的YCOB晶体内；
S2：在第一级YCOB晶体内进行光参量放大，输出光经过带阻滤波片滤除啁啾信号光，保留皮秒泵浦光和啁啾闲频光；
S3：将皮秒泵浦光与啁啾闲频光共同输入后续的第二级、第三级、第四级YCOB晶体内连续放大啁啾闲频光，每一级YCOB晶体后均使用带阻滤波片滤除皮秒信号光；
S4：利用长波通滤波片对最后一级的输出光进行过滤，得到纯净的啁啾闲频光，再通过闲频光压缩器将其压缩至飞秒量级脉宽，得到最终的超短闲频光脉冲。
在本发明所述的拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法中，每块YCOB晶体放大后均通过带阻滤波片滤除啁啾信号光，从而避免了在后续晶体内放大时的能量逆转换过程发生。
在本发明提供的拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法中，第一、第二、第三、第四YCOB晶体的厚度均经过选择，使得啁啾闲频光的能量在各块晶体内都正好被放大至饱和，同时能量的逆转换尚未发生，从而获取最高的能量转换效率。
如图1所示，本发明还提供了一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大装置，包括：皮秒泵浦激光源1、飞秒种子激光源2、延时控制器3、种子光展宽器4、二向色镜5、多级放大单元、长波通滤波片13和闲频光压缩器14；
多级放大单元包括：N个YCOB晶体以及(N-1)个带阻滤波片，N个YCOB晶体依次设置在二向色镜的出射光路的光轴上，且带阻滤波片设置在相邻两个YCOB晶体之间；延时控制器3的第一输出端连接至皮秒泵浦激光源1的控制端，延时控制器3的第二输出端连接至飞秒种子激光源2的控制端，种子光展宽器4的输入端连接至飞秒种子激光源2的输出端，二向色镜5用于将皮秒泵浦激光源1输出的皮秒泵浦光和种子光展宽器4输出的啁啾种子光进行合并后输出；长波通滤波片13用于对经过N个YCOB晶体依次放大后最后一级的输出光进行滤波处理后获得纯净的啁啾闲频光；闲频光压缩器14用于将纯净的啁啾闲频光压缩至飞秒量级脉宽后获得超短闲频光脉冲。
工作时，皮秒泵浦激光源产生皮秒泵浦光，飞秒种子激光源产生飞秒种子光，飞秒种子光经过种子光展宽器得到啁啾种子光，延时控制器连接皮秒泵浦激光源和飞秒种子激光源，控制皮秒泵浦光和啁啾种子光在时域上的同步；皮秒泵浦光和啁啾种子光通过二向色镜合并，共同输入到第一YCOB晶体进行放大；第一级YCOB晶体后采用带阻滤波片滤除啁啾信号光，保留皮秒泵浦光和啁啾闲频光；输出的混合光束接下来依次通过第二YCOB晶体、第三YCOB晶体、第四YCOB晶体，每块YCOB晶体后均采用带阻滤波片滤除啁啾信号光以抑制能量逆转换过程；闲频光在级联晶体中被连续放大，从而实现较高的转换效率；最终利用长波通滤波片提取纯净的啁啾闲频光，并使用闲频光压缩器将其压缩至飞秒量级脉宽，得到超短闲频光输出脉冲。
作为本发明的一个实施例，拍瓦级光参量啁啾脉冲放大装置还包括一个反射镜，用于将皮秒泵浦激光源1输出的皮秒泵浦光反射后作为二向色镜5的一个输入光。
在本发明提供的拍瓦级光参量啁啾脉冲放大装置中，N个YCOB晶体后均使用带阻滤波片滤除啁啾信号光，从而避免了在后续晶体内放大时发生能量逆转换过程。因此，需要设置(N-1)个带阻滤波片。
在本发明提供的拍瓦级光参量啁啾脉冲放大装置中，各块YCOB晶体的厚度均经过挑选，使得啁啾闲频光的能量在各块晶体内都达到饱和，即能量最大化，而能量逆转换过程尚未发生，以获取最高的能量转换效率。
本发明采用大口径YCOB晶体，入射面直径可达80毫米，从而使得系统能够承受极高的入射脉冲能量；其中级联的YCOB晶体之间使用带阻滤波片滤除啁啾信号光，避免了后续放大过程中能量逆转换效应的发生，因此啁啾闲频光的能量可以持续提高，最终实现较高的能量转换效率。
为了更进一步的说明本发明实施例提供的拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法及装置，现以N＝4为例，详述如下：
本发明提出一种高能量少周期光参量放大方法，包括以下步骤：
(1)产生皮秒泵浦光和飞秒种子光，飞秒种子光引入啁啾被展宽得到啁啾种子光，皮秒泵浦光和啁啾种子光之间通过延时控制器在时域上达到同步；将皮秒泵浦光和啁啾种子光通过二向色镜合并，共同输入到大尺寸的YCOB晶体内；
作为本发明的一个实施例，YCOB晶体的口径大于50mm*50mm；越大越好，由于YCOB晶体具有一定的损伤阈值，输入泵浦激光的峰值强度不可超过这一阈值，否则会造成晶体的损坏。因此，在泵浦光的峰值强度与脉宽确定的条件下，YCOB晶体的口径越大，对应可使用的泵浦光光斑尺寸也就越大，从而可以使用尽可能高能量的泵浦脉冲能量，进而获得能量更高的闲频光脉冲输出。
(2)在第一级YCOB晶体内进行光参量放大，输出光经过带阻滤波片滤除啁啾信号光，保留皮秒泵浦光和啁啾闲频光；
(3)将皮秒泵浦光与啁啾闲频光共同输入后续的第二级、第三级、第四级YCOB晶体内连续放大啁啾闲频光，每一级YCOB晶体后均使用带阻滤波片滤除皮秒信号光；
(4)利用长波通滤波片对最后一级的输出光进行过滤，得到纯净的啁啾闲频光，再通过闲频光压缩器将其压缩至飞秒量级脉宽，得到最终的超短闲频光脉冲。
在以上拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法中，通过向信号光脉冲引入啁啾，增大脉冲的宽度，提升了脉冲在时域上所能容纳的能量；此外，本方法中选用的YCOB晶体可以制备出较大的晶体口径，因而可以使用较大尺寸的入射光斑，提升了脉冲在空间上所能容纳的能量。将以上两种手段结合，即可在泵浦光的峰值强度受到晶体损伤阈值限制的前提下，将泵浦光的脉冲能量提升至极高，大大增强了系统所能产生的闲频光脉冲能量。
进一步地，本方法在每一级YCOB晶体放大后，均采用带阻滤波片将放大所得的皮秒信号光滤除，从而抑制了在次级晶体中能量由啁啾闲频光向皮秒泵浦光的逆转换，以使得啁啾闲频光能够连续地被泵浦光放大，最终获取较高的能量转换效率。
基于上述方法，本发明提出一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大装置，如
图1所示，包括皮秒泵浦激光源1、飞秒种子激光源2、延时控制器3、种子光展宽器4、二向色镜5、第一YCOB晶体6、第二YCOB晶体7、第三YCOB晶体8、第四YCOB晶体9、带阻滤波片10、11、12、长波通滤波片13和闲频光压缩器14。
皮秒泵浦激光源1产生皮秒泵浦光，飞秒种子激光源2产生飞秒种子光，飞秒种子光经过种子光展宽器4得到啁啾种子光，延时控制器3连接皮秒泵浦激光源和飞秒种子激光源，控制皮秒泵浦光和啁啾种子光在时域上的同步；皮秒泵浦光和啁啾种子光通过二向色镜5合并，共同输入到第一YCOB晶体6进行放大；第一级YCOB晶体后采用带阻滤波片滤除啁啾信号光，保留皮秒泵浦光和啁啾闲频光；输出的混合光束接下来依次通过第二YCOB晶体7、第三YCOB晶体8、第四YCOB晶体9，每块YCOB晶体后分别采用带阻滤波片10、11、12滤除啁啾信号光以抑制能量逆转换过程；闲频光在级联晶体中被连续放大，从而实现较高的转换效率；最终利用长波通滤波片13提取纯净的啁啾闲频光，并使用闲频光压缩器14将其压缩至飞秒量级脉宽，得到超短闲频光输出脉冲。
在以上拍瓦级光参量啁啾脉冲放大装置中，第一、第二、第三、第四YCOB晶体后均使用带阻滤波片滤除啁啾信号光，从而避免了在后续晶体内放大时发生能量逆转换过程；各块YCOB晶体的厚度均经过挑选，使得啁啾闲频光的能量在各块晶体内都达到饱和，即能量最大化，而能量逆转换过程尚未发生，以获取最高的能量转换效率。
下面举一个具体的实施例。
以皮秒Nd:YAG激光器作为泵浦激光源，产生脉宽为10皮秒，单脉冲能量为50焦，中心波长为532纳米的皮秒泵浦光脉冲，以Ti:sapphire激光器作为种子激光源，产生脉宽为25飞秒，单脉冲能量为5毫焦，中心波长为800纳米的飞秒种子光脉冲。飞秒种子光经过光栅对引入10000飞秒2的啁啾，飞秒种子光被展宽为啁啾种子光，对应的脉宽约为10皮秒。Nd:YAG激光器利用Ti:sapphire激光器注入作为种子光，从而控制两台激光器发射的脉冲在时域上同步。利用二向色镜将两者在空间上重合，共同入射至一块通光孔径为80毫米的YCOB晶体内，晶体切割角度为＝33.8°、＝180°，满足532纳米泵浦光和800纳米种子光的相位匹配条件，同时使得晶体的非线性系数达到最大。第一、第二、第三、第四YCOB晶体的厚度分别为6毫米、2毫米、2.5毫米、3毫米，每块晶体的厚度均使得啁啾闲频光的能量在晶体内被放大至饱和状态。每两块YCOB晶体之间采用带阻滤光片滤除啁啾信号光，仅保留皮秒泵浦光和啁啾闲频光。最后利用一块长波通滤光片将波长1000纳米以下的成分(皮秒泵浦光和啁啾信号光)滤除，仅保留长波长、高能量的啁啾闲频光脉冲输出。
图2给出了单块YCOB晶体和级联YCOB晶体条件下放大所得的闲频光能量转换效率随着有效晶体厚度的变化情况。图2中虚线表明，在单块YCOB晶体中，闲频光在6毫米晶体之前被持续放大，在6毫米处达到饱和，转换效率为21.6％，对应脉冲能量为10.8焦。随着晶体厚度的进一步增长，由于信号光和闲频光的存在且两者强度超过泵浦光，将会发生能量的逆转换，造成闲频光能量的降低。相比之下，实线显示的级联晶体方案则避免了逆转换过程的发生，经过第一YCOB晶体放大达到饱和后，闲频光在后续的晶体内继续被放大，最终可实现高达28.8％的能量转换效率，脉冲能量为14.4焦，较单块BBO晶体的情况提高了1/3。根据泵浦光和闲频光的中心波长(532纳米和1670纳米)，闲频光对应的量子效率约为31.8％，说明本方案可以将闲频光放大至接近极限转换效率，高效地将泵浦光的能量向中红外波段转移。
图3给出了输出闲频光脉冲的光谱。由图可以看出，所得闲频光的光谱对应的半高全宽约为30纳米。图4给出了输出闲频光脉冲经过压缩后的时域包络形状，对应的脉冲宽度为62.4飞秒。基于闲频光脉冲14.4焦的能量和所得脉冲宽度，可以得出脉冲的峰值功率高达0.23拍瓦。
以上结果表明，通过在级联的YCOB晶体之间插入带阻滤波片滤除啁啾闲频光，能量逆转换过程可以被有效地抑制，使得啁啾闲频光在YCOB晶体内持续地得到放大，从而获取极高的能量转换效率。同时闲频光经过压缩可以到飞秒量级，对应拍瓦级的输出峰值功率。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)产生皮秒泵浦光和飞秒种子光，所述飞秒种子光被引入啁啾展宽后得到啁啾种子光，将所述皮秒泵浦光和所述啁啾种子光合并后输入至YCOB晶体内；
(2)在第一级YCOB晶体内进行光参量放大后的输出光经过带阻滤波后，滤除啁啾信号光且保留皮秒泵浦光和啁啾闲频光；
(3)将所述皮秒泵浦光与所述啁啾闲频光共同依次经过第二级、……第N级YCOB晶体内连续放大啁啾闲频光后输出，且每一级YCOB晶体后均需滤除皮秒信号光；N为大于等于2的正整数；
(4)对最后一级的输出光进行过滤，得到纯净的啁啾闲频光，再将其压缩至飞秒量级脉宽后获得超短闲频光脉冲。
2.如权利要求1所述的拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法，其特征在于，皮秒泵浦光和啁啾种子光之间通过延时控制器在时域上达到同步。
3.如权利要求1或2所述的拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法，其特征在于，YCOB晶体的口径大于50mm*50mm。
4.如权利要求3所述的拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法，其特征在于，每个YCOB晶体的厚度均需满足如下要求：使得啁啾闲频光的能量在各块晶体内都正好被放大至饱和，同时能量的逆转换尚未发生。
5.如权利要求1-4任一项所述的拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法，其特征在于，每块YCOB晶体放大后均通过带阻滤波片滤除啁啾信号光。
6.一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大装置，其特征在于，包括皮秒泵浦激光源(1)、飞秒种子激光源(2)、种子光展宽器(4)、二向色镜(5)、多级放大单元、长波通滤波片(13)和闲频光压缩器(14)；
皮秒泵浦激光源(1)用于产生皮秒泵浦光；
飞秒种子激光源(2)用于产生飞秒种子光；
种子光展宽器(4)用于对所述飞秒种子光进行展宽后获得啁啾种子光，二向色镜(5)用于将所述皮秒泵浦光和所述啁啾种子光进行合并后输出，
多级放大单元包括：N个YCOB晶体(9)和(N-1)个带阻滤波片，N个YCOB晶体依次设置在所述二向色镜(5)的出射光路的光轴上，且每相邻两个YCOB晶体之间设置一个带阻滤波片；YCOB晶体用于对二向色镜(5)输出的光进行光参量放大；带阻滤波片用于对放大后的光信号进行滤除啁啾信号光且保留皮秒泵浦光和啁啾闲频光的处理；
长波通滤波片(13)用于对经过N个YCOB晶体依次放大后最后一级的输出光进行滤波处理后获得纯净的啁啾闲频光；
闲频光压缩器(14)用于将纯净的啁啾闲频光压缩至飞秒量级脉宽后获得超短闲频光脉冲。
7.如权利要求6所述的拍瓦级光参量啁啾脉冲放大装置，其特征在于，还包括：延时控制器(3)，其第一输出端连接至所述皮秒泵浦激光源(1)的控制端，第二输出端连接至所述飞秒种子激光源(2)的控制端，用于控制所述皮秒泵浦激光源(1)输出的皮秒泵浦光和所述飞秒种子激光源(2)输出的啁啾种子光在时域上保持同步。
8.如权利要求6或7所述的拍瓦级光参量啁啾脉冲放大装置，其特征在于，YCOB晶体的口径大于50mm*50mm。
9.如权利要求6-8任一项所述的拍瓦级光参量啁啾脉冲放大装置，其特征在于，每个YCOB晶体的厚度均需满足如下要求：使得啁啾闲频光的能量在各块晶体内都正好被放大至饱和，同时能量的逆转换尚未发生。
CN201910306128.3A 2019-04-17 2019-04-17 一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法及装置 Pending CN110148881A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910306128.3A CN110148881A (zh) 2019-04-17 2019-04-17 一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910306128.3A CN110148881A (zh) 2019-04-17 2019-04-17 一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法及装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110148881A true CN110148881A (zh) 2019-08-20

Family

ID=67589811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910306128.3A Pending CN110148881A (zh) 2019-04-17 2019-04-17 一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110148881A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112864789A (zh) * 2021-01-11 2021-05-28 中国科学院理化技术研究所 一种皮秒脉冲光学参量变频激光输出装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6791743B2 (en) * 2001-12-13 2004-09-14 The Regents Of The University Of California High average power scaling of optical parametric amplification through cascaded difference-frequency generators
US20110176202A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Fujitsu Limited Optical amplifier and optical amplifying apparatus
CN103217851A (zh) * 2013-03-19 2013-07-24 华中科技大学 共线光参量放大方法及装置
US20160026066A1 (en) * 2014-07-25 2016-01-28 Raytheon Company Methods and apparatus for idler extraction in high power optical parametric amplifiers
CN109616863A (zh) * 2019-01-15 2019-04-12 上海交通大学 通过闲频光倍频实现高效率非线性频率下转换的方法和装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6791743B2 (en) * 2001-12-13 2004-09-14 The Regents Of The University Of California High average power scaling of optical parametric amplification through cascaded difference-frequency generators
US20110176202A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 Fujitsu Limited Optical amplifier and optical amplifying apparatus
CN103217851A (zh) * 2013-03-19 2013-07-24 华中科技大学 共线光参量放大方法及装置
US20160026066A1 (en) * 2014-07-25 2016-01-28 Raytheon Company Methods and apparatus for idler extraction in high power optical parametric amplifiers
CN109616863A (zh) * 2019-01-15 2019-04-12 上海交通大学 通过闲频光倍频实现高效率非线性频率下转换的方法和装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112864789A (zh) * 2021-01-11 2021-05-28 中国科学院理化技术研究所 一种皮秒脉冲光学参量变频激光输出装置
CN112864789B (zh) * 2021-01-11 2022-05-03 中国科学院理化技术研究所 一种皮秒脉冲光学参量变频激光输出装置

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
US5235606A (en) Amplification of ultrashort pulses with nd:glass amplifiers pumped by alexandrite free running laser
US9337608B2 (en) Laser source having a peak power of more than 100 terawatts and high contrast
CN110176713A (zh) 一种高效率光参量放大方法及装置
CN103066484A (zh) Cpa与opcpa混合式超高功率飞秒激光系统
JP4526409B2 (ja) レーザー光のコントラスト向上法及びレーザー発生装置
CN114649735B (zh) 一种高信噪比超快激光再生放大装置及其工作方法
CN110148881A (zh) 一种拍瓦级光参量啁啾脉冲放大方法及装置
CN104600554B (zh) 宽带高效激光放大装置
CN1275363C (zh) 超短脉冲激光时间自适应同步法及其装置
CN107045210B (zh) 大啁啾量激光环形光栅压缩器
CN111509549B (zh) 高峰值功率飞秒激光负/正啁啾脉冲级联放大系统
CN208028366U (zh) 一种基于异质结构波导阵列的飞秒激光压缩装置
CN111082292A (zh) 准连续或连续啁啾脉冲放大的光纤激光系统
CN105917273B (zh) 具有极高时域对比度的短光脉冲发生器
CN108649420A (zh) 基于串行opa的超宽带高通量啁啾脉冲放大器
CN216598384U (zh) 受激布里渊散射与受激拉曼散射组合压缩超短脉冲激光器
CN110880671A (zh) 基于耗散孤子共振脉冲的多级放大器及飞秒激光器
CN110112644A (zh) 一种高能量少周期光参量放大方法及装置
CN203056358U (zh) 一种脉冲泵浦型驻波谐振腔纳秒脉冲激光器装置
EP4018259B1 (en) Optical parametric chirped-pulse amplifier
CN103199426A (zh) Cpa、cpra与opcpa混合式超高峰值功率激光脉冲放大装置
JP2009053505A (ja) 高強度レーザーのコントラスト制御法
CN102664342A (zh) 光学参量啁啾脉冲放大器
Viotti High Peak and Average Power Pulse Post-Compression via Multi-Pass Cells

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190820