CN111509539A - 基于光谱滤波的光纤-固体宽带高信噪比激光放大系统 - Google Patents

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冷雨欣
张宗昕
吴分翔
黄志远
杨晓骏
胡家兵
姬鹏华
归佳彦
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Abstract

一种基于光谱滤波的光纤‑固体宽带高信噪比激光放大系统，该系统包括飞秒光纤激光脉冲源、色散补偿装置、光谱展宽装置、光谱滤波装置和固体宽带激光放大装置，由飞秒光纤激光脉冲源产生飞秒激光脉冲，激光脉冲依次经色散补偿装置和光谱展宽装置而产生宽带激光脉冲，宽带激光脉冲经光谱滤波装置而产生宽带高信噪比的激光种子脉冲，宽带高信噪比的激光种子脉冲再进入固体宽带激光放大装置进行功率放大。利用该系统可以实现光纤‑固体联合宽带激光放大，从而获得高峰值功率的高信噪比飞秒脉冲。

Description

基于光谱滤波的光纤-固体宽带高信噪比激光放大系统
技术领域
本发明涉及光纤-固体联合放大激光系统，特别是一种基于光谱滤波的光纤-固体宽带高信噪比激光放大系统。
背景技术
飞秒光纤激光器具有结构紧凑、稳定性高和光束质量好等突出特点，因而被广泛应用于激光探测和激光加工等诸多领域。然而，当激光脉冲峰值功率较大时，由于非线性效应的增强将会对光纤激光器造成元件损伤。与光纤激光器相比，固体激光器更适用于高峰值功率激光脉冲放大。特别是，利用啁啾脉冲放大(CPA)或光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)等技术，固体激光放大脉冲峰值功率可以达到PW量级(1PW＝1015W)以上。
2018年，汪勇等(中国激光,2018,45(4):0401007)报道了利用光纤-固体混合激光光源产生激光脉宽8.5ps、脉冲峰值功率65MW。同年，赵明等(中国激光,2018,45(4):0401010)报道了利用光纤-固体混合激光光源产生激光脉宽15ps、脉冲能量0.1～2.34mJ。以上光纤-固体混合激光光源均采用窄带激光放大的方式且不能支持较高的脉冲信噪比，激光脉冲能量可以达到mJ量级，脉宽在ps量级，峰值功率可以达到MW量级(1MW＝106W)以上。为了进一步提高激光脉冲峰值功率和脉冲时域信噪比，并兼顾激光系统的稳定性，本发明提出了一种光纤-固体联合放大激光系统，通过结合光谱展宽、光谱滤波以及基于固体增益介质的啁啾脉冲放大技术，将获得具有更高信噪比、更窄脉宽、更高峰值功率的放大激光脉冲。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于光谱滤波的光纤-固体宽带高信噪比激光放大系统，实现宽带、大能量激光的光纤-固体联合放大，从而获得具有更高信噪比、更窄脉宽、更高峰值功率的放大激光脉冲。
本发明的技术解决方案如下：
一种基于光谱滤波的光纤-固体宽带高信噪比激光放大系统，其特点在于，该系统包括飞秒光纤激光脉冲源、色散补偿装置、光谱展宽装置、光谱滤波装置和固体宽带激光放大装置，由所述的飞秒光纤激光脉冲源产生飞秒激光脉冲，该飞秒激光脉冲依次经所述的色散补偿装置和光谱展宽装置而产生宽带激光脉冲，该宽带激光脉冲经所述的光谱滤波装置而产生宽带、高信噪比的激光种子脉冲，该激光种子脉冲再进入所述的固体宽带激光放大装置进行能量放大和峰值功率的提升。
所述的光纤激光脉冲源为飞秒光纤激光器或飞秒光纤激光倍频光源。
所述的色散补偿装置为啁啾镜组、棱镜对或布拉格体光栅。
所述的光谱展宽装置由耦合输入透镜光子晶体光纤和耦合输出透镜构成。激光脉冲经所述的耦合输入透镜聚焦进入所述的光子晶体光纤，由光子晶体光纤进行光谱展宽后，再经所述的耦合输出透镜准直输出。
所述的光谱滤波装置为可编程声光色散滤波器、具有特定光谱带宽的反射镜组或基于其它调制方式的光谱滤波器。
所述的固体宽带激光放大装置为啁啾脉冲放大(CPA)或光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)装置。
与先技术相比，本发明具有以下显著特点：
1.实现光纤-固体联合宽带激光放大，可以获得更高的激光脉冲能量和更窄脉宽，可以支持更高的激光脉冲峰值功率；
2.利用光谱滤波装置，可以对宽带激光种子脉冲起到光谱整形的作用，从而提高放大激光脉冲的频域和时域质量。
附图说明
图1为本发明基于光谱滤波的光纤-固体宽带高信噪比激光放大系统结构图。
图2为本发明中光谱展宽装置的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请先参阅图1，图1为本发明基于光谱滤波的光纤-固体宽带高信噪比激光放大系统结构图。由图可见，本发明基于光谱滤波的光纤-固体宽带高信噪比激光放大系统包括飞秒光纤激光脉冲源1、色散补偿装置2、光谱展宽装置3、光谱滤波装置4和固体宽带激光放大装置5。由飞秒光纤激光脉冲源1产生飞秒激光脉冲，该飞秒激光脉冲依次经所述的色散补偿装置2和光谱展宽装置3而产生宽带激光脉冲，该宽带激光脉冲经所述的光谱滤波装置4而产生宽带高信噪比的激光种子脉冲，该激光种子脉冲再经所述的固体宽带激光放大装置5进行功率放大后输出。
所述的光纤激光脉冲源1可选用掺铒光纤激光经BBO晶体倍频，获得波长为780nm的激光脉冲。
所述的色散补偿装置2为啁啾镜组、棱镜对或布拉格体光栅。可选用啁啾镜组对光纤激光器输出的飞秒激光脉冲进行更为精细的色散补偿，有利于增强后续光谱展宽装置3中的光谱展宽效应。
所述的光谱展宽装置3主要由耦合输入透镜301、光子晶体光纤302和耦合输出透镜303构成。激光脉冲经所述的耦合输入透镜301聚焦进入光子晶体光纤，由光子晶体光纤302进行光谱展宽后，再经所述的耦合输出透镜303准直输出。
所述的光谱滤波装置4为可编程声光色散滤波器、具有特定光谱带宽的反射镜组或基于其它调制方式的光谱滤波器。
可选用可编程声光色散滤波器(AOPDF)对宽带激光脉冲进行光谱滤波，同时还可以对宽带激光脉冲进行色散调制。AOPDF的原理及应用可参照文献(激光与光电子学进展,2004,41(3):30-34)。
所述的固体宽带激光放大装置5为啁啾脉冲放大(CPA)或光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)装置。可选用钛宝石CPA装置，宽带激光种子脉冲经脉冲展宽、功率放大和脉冲压缩后，放大脉冲峰值功率可达到TW量级(1TW＝1012W)乃至PW(1PW＝1015W)量级以上。

Claims (6)

1.一种基于光谱滤波的光纤-固体宽带高信噪比激光放大系统，其特征在于，该系统包括飞秒光纤激光脉冲源(1)、色散补偿装置(2)、光谱展宽装置(3)、光谱滤波装置(4)和固体宽带激光放大装置(5)，由飞秒光纤激光脉冲源(1)产生飞秒激光脉冲依次经所述的色散补偿装置(2)和光谱展宽装置(3)后，产生宽带激光脉冲，该宽带激光脉冲经光谱滤波装置(4)产生宽带高信噪比的激光种子脉冲，该激光种子脉冲再进入固体宽带激光放大装置(5)进行功率放大。
2.根据权利要求1所述的基于光谱滤波的光纤-固体宽带高信噪比激光放大系统，其特征在于，所述的飞秒光纤激光脉冲源(1)为百微焦到毫焦量级的飞秒光纤激光器或飞秒光纤激光倍频光源。
3.根据权利要求1所述的基于光谱滤波的光纤-固体宽带高信噪比激光放大系统，其特征在于，所述的色散补偿装置(2)为啁啾镜组、棱镜对或布拉格体光栅。
4.根据权利要求1所述的基于光谱滤波的光纤-固体宽带高信噪比激光放大系统，其特征在于，所述的光谱展宽装置(3)由耦合输入透镜(301)、光子晶体光纤(302)和耦合输出透镜(303)构成，激光脉冲经所述的耦合输入透镜(301)聚焦进入所述的光子晶体光纤(302)，由所述的光子晶体光纤(302)进行光谱展宽后，再经所述的耦合输出透镜(303)准直输出。
5.根据权利要求1所述的基于光谱滤波的光纤-固体宽带高信噪比激光放大系统，其特征在于，所述的光谱滤波装置(4)为可编程声光色散滤波器、具有特定光谱带宽的反射镜组或者基于其它调制方式的光谱滤波器件。
6.根据权利要求1所述的基于光谱滤波的光纤-固体宽带高信噪比激光放大系统，其特征在于，所述的固体宽带激光放大装置(5)为啁啾脉冲放大(CPA)或光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)装置。
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