CN112366504B - 一种对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器及放大方法 - Google Patents

一种对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器及放大方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，包括激光模块及满足第二类相位匹配或第二类准相位匹配的非线性晶体，其中，激光模块用于产生两路激光，分别为泵浦光及任意偏振的信号光，泵浦光与信号光的波长简并或近简并，非线性晶体设置在激光模块的出射光路上，以利用泵浦光对信号光进行光参量放大。本发明对信号光的偏振不敏感，即无论信号光为何种偏振，经非线性晶体及泵浦光放大后所得到的信号光的功率只与放大前的信号光的功率有关，与放大前的信号光的偏振无关，且该光参量放大器可用于对径向偏振光等矢量光束参量放大，获得高峰值功率的径向偏振超短脉冲激光。

Description

一种对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器及放大方法
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其是指一种对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器及放大方法。
背景技术
矢量光束是一种具有特殊偏振分布的空间结构光束，表现出很多不同于线偏振，或者圆偏振光的新颖特性，在与物质的相互作用中起着至关重要的作用。矢量光束的典型代表是径向偏振光，与常规的均匀偏振光相比，径向偏振光的偏振具有轴对称特性。径向偏振光可以应用在引导和捕捉粒子、粒子加速、提高显微镜的分辨率、金属切割，以及提高存储密度等方面。随着人们对径向偏振光认识的不断加深，径向偏振光将会在更多的领域得到应用，与此同时，对径向偏振光峰值功率的要求也越来越高。
利用光学的二阶非线性效应，可完成三种不同频率激光光源之间的能量转移。其中，光参量放大(Optical Parametric Amplification，以下简称为OPA)，能够将频率为ωp的泵浦光的能量转移到频率为ωs的信号光上(ωp>ωs)，与此同时，得到第三种频率为ωi(ωp＝ωs+ωi)的激光光源(称为闲频光)。光参量放大具有单程增益大、无自发受激辐射(ASE)、宽增益谱等特点。
然而，相位匹配(Phase Matching，以下简称PM)是一切非线性光学过程的前提。无论是角度相位匹配，还是准相位匹配，一般都只能满足一种线偏振光的相位匹配。而径向偏振光中包含了一切可能的线偏振态，这从本质上限制了将光参量放大应用于径向偏振光的可能性。
因此，有必要对上述光参量放大器的结构进行改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器及放大方法，旨在解决将光参量放大应用于径向偏振光的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明实施例第一方面提供了一种对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，包括：
激光模块及满足第二类相位匹配或第二类准相位匹配的非线性晶体，所述激光模块用于产生两路激光，分别为泵浦光及任意偏振的信号光，所述泵浦光与所述信号光的波长简并或近简并，所述非线性晶体设置在所述激光模块的出射光路上，以利用所述泵浦光对所述信号光进行光参量放大。
在一些实施方案中，针对不同波长的所述信号光，需要使用不同的所述非线性晶体，使得所述泵浦光对所述信号光的o偏振分量和e偏振分量的放大增益相当及经过所述非线性晶体的所述信号光能够保持原有偏振。
在一些实施方案中，所述激光模块，包括：第一激光器及第二激光器，所述第一激光器输出所述泵浦光，所述第二激光器输出所述信号光；
或者，所述激光模块，包括：第三激光器、分束镜及频率转换器，所述第三激光器输出的激光经过所述分束镜，得到两路激光，其中一路为所述泵浦光，另一路经过所述频率转换器，得到所述信号光。
在一些实施方案中，所述第三激光器为钛宝石飞秒激光器，所述钛宝石飞秒激光器输出飞秒脉冲激光，所述飞秒脉冲激光经过所述分束镜，得到两路激光，其中一路为所述泵浦光，另一路经过所述频率转换器，得到所述信号光。
在一些实施方案中，所述激光模块，还包括：激光模式转换器，所述激光模式转换器设置在所述信号光的光路上，用于改变所述信号光的偏振。
在一些实施方案中，所述激光模式转换器为涡旋半波片，用于将所述信号光转换为径向偏振的信号光。
在一些实施方案中，所述激光模块，还包括：透镜及延时光路，所述延时光路设置在所述信号光，或者所述泵浦光的光路上，使得所述信号光与所述泵浦光时间同步；
所述透镜设置在所述信号光，或者所述泵浦光的光路上，使得所述信号光的光斑小于或者等于所述泵浦光的光斑。
在一些实施方案中，所述非线性晶体利用所述泵浦光对所述信号光进行光参量放大时，会产生另一束激光，为闲频光，在所述非线性晶体中，采用非共线的相位匹配方式，所述非共线的相位匹配方式为所述信号光和所述泵浦光的传输方向非共线，以将经过所述非线性晶体的信号光从所述泵浦光，以及所述闲频光中分离；
或者，在所述非线性晶体中，采用共线的相位匹配方式，所述共线的相位匹配方式为所述信号光和所述泵浦光的传输方向共线，且所述光参量放大器，还包括分光镜，所述分光镜设置在所述非线性晶体的出射光路上，以将经过所述非线性晶体的信号光从所述泵浦光，以及所述闲频光中分离。
在一些实施方案中，所述分光镜为对所述信号光高透，对所述泵浦光、所述闲频光高反的双色镜；
或者，所述分光镜为对所述泵浦光、所述闲频光高透，对所述信号光高反的双色镜。
本发明实施例第二方面提供了一种对偏振不敏感的光参量放大方法，应用于如本发明实施例第一方面所述的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，所述对偏振不敏感的光参量放大方法，包括：
利用激光模块产生两路激光，分别为泵浦光及任意偏振的信号光，其中，所述泵浦光与所述信号光的波长简并或近简并；
将所述泵浦光及信号光经过非线性晶体，利用所述泵浦光对所述信号光进行光参量放大，其中，所述非线性晶体为满足第二类相位匹配或第二类准相位匹配的非线性晶体。
从上述描述可知，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
由激光模块产生的泵浦光，以及任意偏振的信号光(如径向偏振光)，进入满足第二类相位匹配或第二类准相位匹配的非线性晶体，利用泵浦光对信号光进行光参量放大，进而获得高峰值功率的任意偏振的超短脉冲激光。本发明提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，对信号光的偏振不敏感，即无论信号光为何种偏振，经泵浦光放大后得到的信号光的功率只与放大前的信号光的功率有关，与放大前的信号光的偏振无关，且该光参量放大器可用于对径向偏振光等矢量光束参量放大，获得高峰值功率的径向偏振超短脉冲激光。
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作简单地介绍。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，而不是全部实施例。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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器的结构示意图；
图2为本发明第二实施例提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器的结构示意图；
图3为本发明第三实施例提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器的结构示意图；
图4为本发明第四实施例提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器的结构示意图；
图5为本发明第四实施例提供的放大后的径向偏振光的平均脉冲能量以及增益，随放大前的径向偏振光的平均脉冲能量的变化曲线；
图6为本发明第四实施例提供的对放大后的径向偏振光的脉冲能量作适量衰减后，放大后的径向偏振光的光斑的CCD相机图像；
图7为本发明第五实施例提供的对偏振不敏感的光参量放大方法的流程示意图。
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，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。此外，下面所描述的本发明的各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
请参阅图1，图1为本发明第一实施例提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器的结构示意图。
如图1所示，本发明第一实施例提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，包括激光模块1及满足第二类相位匹配或第二类准相位匹配的非线性晶体2，其中，激光模块1用于产生时间同步，且共线或非共线的两路光，分别为泵浦光3及由第一信号光4转换的任意偏振的第二信号光5，非线性晶体2设置在激光模块1的出射光路上，以利用泵浦光3对第二信号光5进行光参量放大，且泵浦光3与第二信号光5的波长简并或近简并。
具体的，第二信号光5为任意偏振，包括但不限于径向偏振光、线偏振光、圆偏振光等。
具体的，第一信号光4的波长可在小范围内变化，此时，需要对应调整非线性晶体2的角度，使得泵浦光3对第二信号光5的o偏振分量和e偏振分量的放大增益相当，以及经过非线性晶体2的第二信号光5能够保持原有偏振。
示例性的，于实际工作过程，激光模块1产生的泵浦光3及第二信号光5，以共线或非共线的方式进入非线性晶体2中，非线性晶体2利用泵浦光3对第二信号光5进行光参量放大，待对第二信号光5的光参量放大完成后，除了得到放大后的第二信号光5及衰减的泵浦光3，还会同时产生另一束光，此束光称为闲频光。
需要说明的是，非线性晶体2满足第二类相位匹配或第二类准相位匹配，也就是说，利用非线性晶体2对第二信号光5的o偏振分量进行光参量放大时，可以对应得到e偏振的闲频光；利用非线性晶体2对第二信号光5的e偏振分量进行光参量放大时，可以对应得到o偏振的闲频光。泵浦光3与第二信号光5的波长简并或近简并，即是说，第二信号光5的波长是泵浦光3的波长的2倍，或者接近于2倍，此时无论是第二信号光5的e偏振分量，还是o偏振分量，在非线性晶体2中累积的相位失配量都要小于π，即|ΔK·L|<π，其中，|ΔK·L|表示累积的相位失配量，π表示圆周率。
本发明第一实施例提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器中，由激光模块产生的泵浦光，以及任意偏振的信号光(如径向偏振光)，进入满足第二类相位匹配或第二类准相位匹配的非线性晶体，利用泵浦光对信号光进行光参量放大，进而获得高峰值功率的任意偏振的超短脉冲激光。本发明提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，对信号光的偏振不敏感，即无论信号光为何种偏振，经泵浦光放大后得到的信号光的功率只与放大前的信号光的功率有关，与放大前的信号光的偏振无关，且该光参量放大器可用于对径向偏振光等矢量光束参量放大，获得高峰值功率的径向偏振超短脉冲激光。
实施例2
请参阅图2，图2为本发明第二实施例提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器的结构示意图。
与本发明第一实施例提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器相比，本发明第二实施例，给出了激光模块1的具体组成结构。
如图2所示，激光模块1包括第三激光器11、分束镜12、频率转换器13、延时光路14及激光模式转换器15，其中，分束镜12间隔设置在第三激光器11的输出端，以将第三激光器11输出的光分成两束，分别为第一束光及第二束光，且第一束光为泵浦光3，频率转换器13设置在第二束光的光路上，以对第二束光进行频率转换得到第一信号光4，激光模式转换器15设置在第一信号光4的光路上，以对第一信号光4进行模式转换得到第二信号光5，延时光路14位于分束镜12远离第三激光器11一侧且设置在泵浦光3的光路上，以控制泵浦光3与第二信号光5时间同步。
具体的，激光模块1还包括控制单元16，控制单元16位于分束镜12与延时光路14之间，且设置在泵浦光3的光路上，以控制进入非线性晶体2的泵浦光3的脉冲能量。
具体的，激光模块1还包括调整单元17，调整单元17位于频率转换器13与激光模式转换器15之间，且设置在第一信号光4的光路上，以调整第一信号光4的脉宽，以及进入非线性晶体2的由第一信号光4转换的第二信号光5的脉冲能量，以及由第一信号光4转换的第二信号光5，在非线性晶体2中的光斑大小。
可选的，于其他实施例中，延时光路14设置在第一信号光4的光路上。
示例性的，于实际工作过程中，第三激光器11输出的光由分束镜12分成第一束光及第二束光，第二束光经频率转换器13频率转换后，作为第一信号光4依次经过调整单元17、激光模式转换器15变为第二信号光5后，进入非线性晶体2，与此同时，第一束光作为泵浦光3依次经过控制单元16、延时光路14，以与第二信号光5非共线的方式进入非线性晶体2，以完成泵浦光3对第二信号光5的光参量放大。
可选的，于其他实施例中，第一束光作为泵浦光3依次经过控制单元16、延时光路14，以与第二信号光5共线的方式进入非线性晶体2，以得到放大后的第二信号光5。此时，为了将放大后的第二信号光5从衰减的泵浦光3及闲频光中分离，需要在非线性晶体2的出射光路上设置分光镜，分光镜为对放大后的第二信号光5高透射，对衰减的泵浦光3和闲频光高反射的双色镜，或者为对衰减的泵浦光3和闲频光高透射，对放大后的第二信号光5高反射的双色镜。
实施例3
请参阅图3，图3为本发明第三实施例提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器的结构示意图。
与本发明第二实施例提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器相比，本发明第三实施例中，激光模块1具有另一种组成结构。
如图3所示，激光模块1包括第一激光器18、第二激光器19、延时光路14及激光模式转换器15，其中，第一激光器18及第二激光器19间隔设置，且第一激光器18用于产生泵浦光3，第二激光器19用于产生第一信号光4，激光模式转换器15设置在第一信号光4的光路上，以对第一信号光4进行模式转换得到第二信号光5，延时光路14设置在泵浦光3的光路上，以控制泵浦光3与第二信号光5时间同步。
具体的，激光模块1还包括控制单元16，控制单元16位于第一激光器18与延时光路14之间，且设置在泵浦光3的光路上，以控制进入非线性晶体2的泵浦光3的脉冲能量。
具体的，激光模块1还包括调整单元17，调整单元17位于第二激光器19与激光模式转换器15之间，且设置在第一信号光4的光路上，以调整第一信号光4的脉宽，以及进入非线性晶体2的由第一信号光4转换的第二信号光5的脉冲能量，以及由第一信号光4转换的第二信号光5，在非线性晶体2中的光斑大小。
示例性的，于实际工作过程中，第二激光器19输出的第一信号光4依次经过调整单元17、激光模式转换器15变为第二信号光5后，进入非线性晶体2，与此同时，第一激光器18输出的泵浦光3依次经过控制单元16、延时光路14，以与第二信号光5非共线的方式进入非线性晶体2，以完成泵浦光3对第二信号光5的光参量放大。
实施例4
请参阅图4、图5以及图6，图4为本发明第四实施例提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器的结构示意图，图5为本发明第四实施例提供的放大后的径向偏振光的平均脉冲能量以及增益，随放大前的径向偏振光的平均脉冲能量的变化曲线，图6为本发明第四实施例提供的对放大后的径向偏振光的脉冲能量作适量衰减后，放大后的径向偏振光的光斑的CCD相机图像。
与本发明第二实施例和第三实施例提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器相比，本发明第四实施例，给出了调整单元17、控制单元16、激光模式转换器15的具体组成结构，并对非线性晶体2进行了选择。
如图4所示，调整单元17包括可变衰减滤光片172、透镜173及窄带滤光片171，窄带滤光片171、可变衰减滤光片172及透镜173沿频率转换器13至激光模式转换器15方向，或者第二激光器19至激光模式转换器15方向，依次设置在第一信号光4的光路上。
其中，窄带滤光片171的中心波长与第一信号光4的波长相同，且窄带滤光片171能够调整经过的第一信号光4的脉宽，进而匹配泵浦光3与第一信号光4的脉宽，减小脉冲走离对增益的影响。可变衰减滤光片172能够调整进入非线性晶体2的由第一信号光4转换的第二信号光5的脉冲能量。透镜173能够调整由第一信号光4转换的第二信号光5，在非线性晶体2中的光斑大小，避免由于第二信号光5在非线性晶体2中的光斑小于泵浦光3在非线性晶体2中的光斑，所导致的第二信号光5的光斑发生畸变，即第二信号光5的光斑因非均匀的光参量放大而发生畸变的问题。
如图4所示，控制单元16包括二分之一波片161及格兰棱镜162，其中，二分之一波片161及格兰棱镜162位于分束镜12与延时光路14之间，或者第一激光器18与延时光路14之间，且设置在泵浦光3的光路上。
如图4所示，激光模式转换器15包括涡旋半波片151，涡旋半波片151用于将第一信号光4转换为径向偏振的信号光5。
其中，涡旋半波片151为拓扑荷为1的涡旋半波片151。
另外，于本实施例中，非线性晶体2为具有预设切割角度及长度的BBO晶体21。
需要说明的是，BBO晶体21还起到了波片的作用，而为了使放大后的第二信号光5能够维持原有偏振，需要对BBO晶体21的晶体长度作合理设计，或者在使用过程中，微调BBO晶体21的晶体角度，使得BBO晶体21对第二信号光5而言，为较为理想的全波片。
为清楚地理解本发明第四实施例提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，下面结合本发明第二实施例，对本发明第四实施例提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器的光参量放大过程进行举例说明。
第三激光器11为钛宝石飞秒激光器，输出波长为800nm，单脉冲能量为7mJ，重复频率为1kHz的飞秒脉冲激光；
经分束镜12后，波长为800nm的飞秒脉冲激光被分为两束脉冲激光，分别为第一束单脉冲能量为4mJ的800nm飞秒脉冲激光及第二束单脉冲能量为3mJ的800nm飞秒脉冲激光；
第一束单脉冲能量为4mJ的800nm飞秒脉冲激光，进入作为频率转换器13的光学参量发生器，得到1610nm的飞秒脉冲激光，作为第一信号光4，第二束单脉冲能量为3mJ的800nm飞秒脉冲激光作为泵浦光3；
第一信号光4经过以1610nm为中心波长、带宽为12nm的窄带滤光片171，使得第一信号光4的脉宽变为约400fs后，依次经过可变衰减滤光片172、透镜173，再由拓扑荷为1的涡旋半波片151将第一信号光4转换为径向偏振的第二信号光5后，进入长度为1mm，切割角度为θ＝28.8°，且满足第二类相位匹配的BBO晶体21，值得注意的是，此BBO晶体21对于第二信号光5而言，起着类似于全波片的作用；
泵浦光3依次经过二分之一波片161、格兰棱镜162、延时光路14后，与径向偏振的第二信号光5以非共线的方式同时进入BBO晶体21(泵浦光3与径向偏振信号光5之间的非共线夹角约为1.4°)，在此过程中，通过对泵浦光3初始啁啾的控制，泵浦光3被展宽至约280fs；
由于自聚焦效应，在经过长距离的光路传输之后，泵浦光3在BBO晶体21中的光斑直径(FWHM，半高全宽)约为1.5mm。为了令径向偏振的第二信号光5在BBO晶体21中的光斑小于泵浦光3在BBO晶体21中的光斑，透镜173采用焦距为1000mm的平凸透镜，以对第一信号光4进行弱聚焦，使得第二信号光5在BBO晶体21中的光斑直径(FWHM，半高全宽)约为0.5mm。
最后，以BBO晶体21为非线性晶体，完成泵浦光3对径向偏振的第二信号光5的光参量放大，获得了放大后的第二信号光5和残余的泵浦光3，并同时产生闲频光。由于泵浦光3、放大后的第二信号光5、闲频光之间的非共线传输特性，可在空间上将放大后的第二信号光5从残余的泵浦光3与闲频光中分离。
在本实施例中，泵浦光3的单脉冲能量约为2.9mJ。而且，对放大后的第二信号光5的脉冲能量、能量分布以及偏振分布的测量，在BBO晶体21后大约40cm位置处完成，测量结果如图5以及图6所示。
从图5中可以看出，当放大前的径向偏振的第二信号光5的脉冲能量为60nJ时，本实施例提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器可以得到最高1300倍的放大增益。从图6中可以看出，在不同的放大前的第二信号光5的脉冲能量下，总能得到清晰的环形光斑。为了确认放大后的第二信号光5的偏振特性，可采用常规的测量手段，将放大后的第二信号光5透过线偏振片，记录线偏振片的不同轴线角度下的光斑轮廓。对应图6中的每一个环形光斑，我们都能够得到与线偏振片的轴线相平行，且会随轴线角度的变化旋转的“双瓣”光斑，而这正是径向偏振光的典型特征。
实施例5
请参阅图7，图7为本发明第五实施例提供的对偏振不敏感的光参量放大方法的流程示意图。
如图7所示，本发明第五实施例提供的对偏振不敏感的光参量放大方法是基于本发明第一实施例至第四实施例任一实施例所提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器实现的，且该放大方法包括：
S101、利用激光模块产生两路激光，分别为泵浦光及任意偏振的信号光，其中，泵浦光与信号光的波长简并或近简并；
S102、将泵浦光及信号光经过非线性晶体，利用泵浦光对信号光进行光参量放大，其中，非线性晶体为满足第二类相位匹配或第二类准相位匹配的非线性晶体。
具体的，激光模块的具体组成结构，以及基于激光模块的具体组成结构的放大方法，请参阅本发明第二实施例至第四实施例任一实施例所提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器即可，在此不再赘述。
为了清楚地理解本发明上述实施例所提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器及放大方法，下面对本发明上述实施例所提供的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器的原理进行解释说明。
要实现对径向偏振光的光参量放大，其本质是需要一种对偏振不敏感的光参量放大器。该光参量放大器需满足两方面的基本要求，首先，其放大增益与待放大的信号光(相当于本发明上述实施例中的第二信号光，以下简称信号光)的偏振无关，仅与信号光的能量有关；其次，放大后的信号光的偏振，或者偏振分布不会因光参量放大而发生变化。
理论上，任意偏振的信号光都可以分为正交的o偏振分量，以及e偏振分量。只要对正交的两种偏振分量的放大增益一致，那么，放大后的信号光就可以保留原有偏振，否则，放大后的信号光的偏振就会发生偏转。
为了实现对偏振不敏感的光参量放大，可以利用简并，或者近简并的第二类光参量放大器，对信号光的o偏振分量及e偏振分量同步地进行光参量放大。以800nm钛宝石激光泵浦的第二类光参量放大器为例，800nm的泵浦光为e偏振光，1600nm的信号光的o偏振分量与e偏振分量可看作是相互独立的两束信号光。相应的，在光参量放大的过程中，o偏振的信号光，可以对应地得到e偏振的闲频光，而e偏振的信号光，可以对应地得到o偏振的闲频光。由于所用的光参量放大器为简并的第二类光参量放大器，故上述两种光参量放大过程都能满足相位匹配条件(ΔKO＝ΔKe＝0，其中ΔKO表示o偏振分量的相位失配量，ΔKe表示e偏振分量的相位失配量)，因此，o偏振与e偏振的信号光都能够从相同的800nm的泵浦光中获得能量，得到同步的放大。
如果将信号光的波长稍稍调整，例如，调整为1610nm，此时就变成了近简并的第二类光参量放大。而对1610nm的信号光的光参量放大，可分解为800nm的e偏振光对1610nm的o偏振光光参量放大，得到1590nm的e偏振光；以及，800nm的e偏振光对1610nm的e偏振光光参量放大，得到1590nm的o偏振光。理论上，虽然无法通过调整非线性晶体的晶体角度，使这两种同步的光参量放大过程都能满足相位匹配，但是，可以令它们的相位失配量相当(即|ΔKO|≈|ΔKe|≠0)。只要能够令信号光的o偏振分量与e偏振分量的增益一致，还是可以实现对偏振不敏感的光参量放大。相比于简并的第二类光参量放大，近简并的第二类光参量放大可以接受的最大波长偏移量，由ΔKO与ΔKe的值，以及非线性晶体的晶体长度L决定，一般的，要求无论是信号光的o偏振分量，还是e偏振分量，在非线性晶体中累积的相位失配量都要小于π，即|ΔKo·L|<π且|ΔKe·L|<π。
受制于有限的带宽及破坏阈值，一般无法以具有偏振选择特性的衍射光学元器件直接产生周期量级的径向偏振的脉冲激光。理论上，基于对偏振不敏感的光参量放大器，以线偏振的周期量级的超短脉冲激光作为泵浦光，可以产生周期量级的径向偏振的脉冲激光。为了能够进一步提升径向偏振光等矢量光束的峰值功率，甚至可以在对偏振不敏感的光参量放大器的基础上，将其拓展为对偏振不敏感的光参量啁啾脉冲放大器，有望将径向偏振光的峰值功率提升到几个TW甚至100TW。
需要说明的是，本发明内容中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于方法类实施例而言，由于其与产品类实施例相似，所以描述的比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。
还需要说明的是，在本发明内容中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明内容。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明内容中所定义的一般原理可以在不脱离本发明内容的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明内容将不会被限制于本发明内容所示的这些实施例，而是要符合与本发明内容所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，其特征在于，包括：激光模块及非线性晶体，所述激光模块用于产生两路激光，分别为泵浦光及信号光，所述信号光是任意偏振的信号光，所述任意偏振的信号光包括了o偏振、e偏振或是沿其它任意偏振方向的线偏振光，所述非线性晶体设置在所述激光模块的出射光路上，以利用所述泵浦光对所述信号光进行光参量放大；其中，所述非线性晶体满足第二类相位匹配或第二类准相位匹配，且所述泵浦光与所述信号光的波长简并或近简并，以使所述光参量放大器对所述信号光的o偏振分量和e偏振分量的放大增益相当，从而令放大后的所述信号光的偏振态与放大前的所述信号光保持一致，使得所述光参量放大器具备对所述任意偏振的信号光进行光参量放大的能力。
2.如权利要求1所述的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，其特征在于，针对不同波长的所述信号光，需要对所述非线性晶体的晶体角度进行微调，或使用不同的所述非线性晶体，使得所述光参量放大器对所述信号光的o偏振分量和e偏振分量的放大增益相当，且放大后的所述信号光能够保持原有偏振。
3.如权利要求1所述的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，其特征在于，所述激光模块，包括：第一激光器及第二激光器，所述第一激光器输出所述泵浦光，所述第二激光器输出所述信号光；
或者，所述激光模块，包括：第三激光器、分束镜及频率转换器，所述第三激光器输出的激光经过所述分束镜，得到两路激光，其中一路为所述泵浦光，另一路经过所述频率转换器，得到所述信号光。
4.如权利要求3所述的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，其特征在于，所述第三激光器为钛宝石飞秒激光器，所述钛宝石飞秒激光器输出飞秒脉冲激光，所述飞秒脉冲激光经过所述分束镜，得到两路激光，其中一路为所述泵浦光，另一路经过所述频率转换器，得到所述信号光。
5.如权利要求3所述的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，其特征在于，所述激光模块，还包括：激光模式转换器，所述激光模式转换器设置在所述信号光的光路上，用于改变所述信号光的偏振。
6.如权利要求5所述的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，其特征在于，所述激光模式转换器为涡旋半波片，用于将所述信号光转换为径向偏振的信号光。
7.如权利要求3所述的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，其特征在于，所述激光模块，还包括：透镜及延时光路，所述延时光路设置在所述信号光，或者所述泵浦光的光路上，使得所述信号光与所述泵浦光时间同步；
所述透镜设置在所述信号光，或者所述泵浦光的光路上，使得所述信号光的光斑小于或者等于所述泵浦光的光斑。
8.如权利要求1所述的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，其特征在于，所述非线性晶体利用所述泵浦光对所述信号光进行光参量放大时，会产生另一束激光，为闲频光，在所述非线性晶体中，采用非共线的相位匹配方式，所述非共线的相位匹配方式为所述信号光和所述泵浦光的传输方向非共线，以将经过所述非线性晶体的信号光从所述泵浦光，以及所述闲频光中分离；
或者，在所述非线性晶体中，采用共线的相位匹配方式，所述共线的相位匹配方式为所述信号光和所述泵浦光的传输方向共线，且所述光参量放大器，还包括分光镜，所述分光镜设置在所述非线性晶体的出射光路上，以将经过所述非线性晶体的信号光从所述泵浦光，以及所述闲频光中分离。
9.如权利要求8所述的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，其特征在于，所述分光镜为对所述信号光高透，对所述泵浦光、所述闲频光高反的双色镜；
或者，所述分光镜为对所述泵浦光、所述闲频光高透，对所述信号光高反的双色镜。
10.一种对偏振不敏感的光参量放大方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9任一项所述的对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器，所述对偏振不敏感的光参量放大方法，包括：
利用激光模块产生两路激光，分别为泵浦光及信号光，其中，所述信号光是任意偏振的信号光，所述任意偏振的信号光包括了o偏振、e偏振或是沿其它任意偏振方向的线偏振光；
将所述泵浦光及信号光经过非线性晶体，利用所述泵浦光对所述信号光进行光参量放大，其中，所述非线性晶体满足第二类相位匹配或第二类准相位匹配，且所述泵浦光与所述信号光的波长简并或近简并，以使所述光参量放大器对所述信号光的o偏振分量和e偏振分量的放大增益相当，从而令放大后的所述信号光的偏振态与放大前的所述信号光保持一致，使得所述光参量放大器具备对所述任意偏振的信号光进行光参量放大的能力。
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