CN114825001A - 一种角啁啾补偿装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种角啁啾补偿装置，包括：角啁啾补偿系统、光纤耦合注入镜、空芯光纤、光纤输出耦合准直镜。所述的角啁啾光首先通过角啁啾补偿系统对入角啁啾进行补偿，空间啁啾则通过光纤耦合注入镜聚焦到空芯光纤来消除，光纤后输出光束则通过光纤输出耦合准直镜进行光束准直。本发明可以对非共线光参量放大过程产生的闲置光、自衍射等非线性过程引入的角啁啾进行补偿，补偿后的光束无角啁啾且光束质量好。

Description

一种角啁啾补偿装置及方法

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体是一种应用于激光系统的基于棱镜、光栅及光纤的角啁啾补偿装置及方法。

背景技术

激光的非线性效应对于当今基础物理研究领域至关重要。其中光参量放大因其高增益带宽、低热效应等优点在超快激光系统中具有非常广泛的应用，是获得下一代超强超短激光系统最有力的技术方案。通常情况下光参量宽带放大的带宽可以通过对信号光和泵浦光引入一定非共线角度来实现，非共线角度的主要用途是使得闲置光在信号光传输方向投影群速度相同。其缺点是对闲置光会引入一定量的角啁啾，从而无法直接将闲置光进行压缩获得近极限变换脉宽，这造成闲置光能量浪费。并且闲置光本身具有CEP稳定的有优点，而角啁啾的存在使得这一优势无法得到利用。此外，四波混频以及自衍射等非线性过程同样会存在角啁啾问题。目前，科研及技术人员已经提出使用光栅方式对非线性过程引入的角啁啾进行补偿，然而其高阶成分显然无法很好地得到补偿且效率较低。

发明内容

本发明为了克服现有的光参量放大中闲置光以及自衍射光角啁啾补偿中存在的能量损耗大、高阶角色散无法消除等缺陷，提供一种角啁啾补偿装置及方法。该角色散补偿装置利用棱镜或者光栅的色散特性对具有角啁啾入射光进行补偿，并结合空芯光纤对高阶残余角色散进行补偿，最终获得无角啁啾且光斑质量优良的激光输出。该方法具有效率高、光斑质量好等优点。

本发明通过如下技术方案实现：

一种角啁啾补偿装置，其特点在于，包括：角啁啾补偿系统、光纤耦合注入镜、空芯光纤和光纤输出耦合准直镜；

所述的角啁啾补偿系统，用于对入射的角啁啾光进行角啁啾补偿；

所述的光纤耦合注入镜，用于接收补偿后的角啁啾光，并聚焦到空芯光纤；

所述的空芯光纤，用于消除空间啁啾，并传输至光纤输出耦合准直镜；

所述的光纤输出耦合准直镜对入射光进行准直后输出。

所述的角啁啾光为非共线光参量放大闲置光、四波混频效应产生自衍射光等常见具有近线型角啁啾光源。

所述的角啁啾补偿系统以棱镜或者光栅作为角啁啾补偿元器件。

所述的光纤耦合注入镜以及光纤输出耦合准直镜包括透镜或者凹面反射镜。

利用上述一种角啁啾补偿装置进行角啁啾补偿方法，其特点在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、使用合适波段光谱仪测量角啁啾光角啁啾曲线，然后计算其中心波长线型啁啾量θ_chriped；

步骤二、计算棱镜入射角度θ，以及顶角角度θ_apex对角啁啾光的线型啁啾量θ_chriped进行补偿；

步骤三、将补偿线型角啁啾后光斑通过光纤耦合注入镜(3)聚焦到空芯光纤(4)进行空间啁啾补偿，光纤输出后使用光纤输出耦合准直镜(5)得到无角啁啾且光斑质量优良的激光。

与现有的角啁啾补偿方法相比，本发明具有的优势是：

1)本发明装置简单，仅通过棱镜或者光栅配合空芯光纤即可实现角啁啾补偿；

2)本发明通过棱镜消除光角啁啾，具有较高效率；

3)本发明所设计的角啁啾补偿方法适应波长范围大，能拓展到任何常用波段；

4)本发明所设计的角啁啾补偿装置及方法支持带宽非常宽，可以达到300nm以上。

附图说明

图1为本发明一种角啁啾补偿装置的结构示意图。

图2为本发明一种角啁啾补偿装置及方法的实施例1的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1，图1为本发明所述的一种角啁啾补偿装置的结构示意图。如图所示，一种角啁啾补偿装置，包括角啁啾补偿系统2、光纤耦合注入镜3、空芯光纤4和光纤输出耦合准直镜5。所述的角啁啾光1通过角啁啾补偿系统2对角啁啾光进行补偿，空间啁啾通过光纤耦合注入镜3聚焦到空芯光纤4来消除，最后通过光纤输出耦合准直镜5准直输出。

图2为本发明一种角啁啾补偿装置的实施例1的结构示意图，具体包括：OPA泵浦光6、OPA信号光7、非线性晶体8、OPA闲置光9、角啁啾补偿系统2、光纤耦合注入镜3、空芯光纤4、输出耦合准直透镜5。本实施例光纤耦合注入镜3采用反射式凹面镜。

所述的OPA泵浦光6通过非共线方式在非线性晶体8中对OPA信号光7进行非线性光产量相互作用。通过合适选择非线性晶体8的相位匹配角度以及OPA泵浦光6和OPA信号光7的非共线角度，可以实现宽带信号光参量放大同时输出带有角啁啾的OPA闲置光9。OPA闲置光9则首先通过角啁啾补偿系统2进行角色散补偿，然后使用反射式凹面镜将消除低阶角色散的闲置光耦合进入空芯光纤4。空芯光纤4进一步消除闲置光高阶角色散，输出后无角啁啾闲置光通过耦合准直透镜5得到准直。该装置最终可以获得角啁啾消除的宽带高效率闲置光输出。

本实例采用基于LD泵浦的Nd:YAG固体激光器倍频输出532nm激光作为OPA泵浦光6，其能量为100mJ，重频为100Hz，脉宽为4ns。OPA信号光7带宽为825-1025nm，重频1kHz，能量为20uJ。非线性晶体8使用LBO晶体，工作主平面为“XOY”平面，切割角度为(90°，13.2°)，晶体厚度30mm。非线性晶体8镀膜参数为532nm以及820-1500nm高透，该范围覆盖了泵浦光6、信号光7以及闲置光9。泵浦光6和信号光7在非线性晶体8内的非共线角度为1.3°，该非共线角度支持200nm以上带宽的信号光放大。通过非线性晶体后，信号光7能量放大至10mJ，增益500倍，闲置光9能量为7.11mJ。

根据非共线角度值以及晶体折射率方程，满足动量守恒的闲置光波长范围为1300±100nm，角啁啾为69.95urad/nm。为了提高基于棱镜角啁啾补偿装置效率，所有棱镜均为布儒斯特角度入射，顶角为69°，这样单块棱镜角啁啾为-26urad/nm。通过使用三块布儒斯特角度棱镜构成的闲置光棱镜角色散补偿系统2。闲置光9的角啁啾可以得到较好补偿，且效率高达98％，这主要得益于布儒斯特角度入射。消除低阶线型角啁啾后的闲置光通过焦距为500mm的反射式凹面镜3聚焦打入芯径为500um的空芯光纤4，通过空芯光纤可以消除残余高阶角啁啾。经过空芯光纤后，总的效率为66.8％。最后，使用准直透镜5对输出激光进行准直，透镜焦距为300mm。通过光谱仪测量准直后光斑左、右以及中间这些特征点光谱，测量结果显示光谱成分几乎无差别，OPA过程产生的闲置光的角啁啾得到很好消除且效率较高。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围。

Claims (5)

1.一种角啁啾补偿装置，其特征在于，包括：角啁啾补偿系统(2)、光纤耦合注入镜(3)、空芯光纤(4)和光纤输出耦合准直镜(5)；

所述的角啁啾补偿系统(2)，用于对入射的角啁啾光(1)进行角啁啾补偿；

所述的光纤耦合注入镜(3)，用于接收补偿后的角啁啾光(9)，并聚焦到空芯光纤(4)；

所述的空芯光纤(4)，用于消除空间啁啾，并传输至光纤输出耦合准直镜(5)；

所述的光纤输出耦合准直镜(5)，对入射光进行准直后输出。

2.根据权利要求1所述的一种角啁啾补偿装置，其特征在于，所述的角啁啾光(1)为非共线光参量放大闲置光、四波混频效应产生自衍射光等常见具有近线型角啁啾光源。

3.根据权利要求1所述的一种角啁啾补偿装置，其特征在于，所述的角啁啾补偿系统(2)以棱镜或者光栅作为角啁啾补偿元器件。

4.根据权利要求1所述的一种角啁啾补偿装置，其特征在于，所述的光纤耦合注入镜(3)以及光纤输出耦合准直镜(5)包括透镜或者凹面反射镜。

5.利用权利要求1－4任一所述的一种角啁啾补偿装置进行角啁啾补偿方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、使用合适波段光谱仪测量角啁啾光(1)角啁啾曲线，然后计算其中心波长线型啁啾量θ_chriped；

步骤二、计算棱镜入射角度θ，以及顶角角度θ_apex对角啁啾光(1)的线型啁啾量θ_chriped进行补偿；

步骤三、将补偿线型角啁啾后光斑通过光纤耦合注入镜(3)聚焦到空芯光纤(4)进行空间啁啾补偿，光纤输出后使用光纤输出耦合准直镜(5)得到无角啁啾且光斑质量优良的激光。

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