[发明专利]光学参量啁啾脉冲放大激光系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光系统，特别是一种近红外波段的载波包络相位(以下简称为CEP)稳定的光学参量啁啾脉冲放大(以下简称为OPCPA)激光系统。

背景技术

近年来，超短脉冲激光技术得到了飞速的发展，啁啾脉冲放大(以下简称为CPA)技术与OPCPA技术的不断完善使得超短激光脉冲的脉宽不断窄化，已经成功地实现了周期量级超短超强脉冲的输出。目前，对超短脉冲系统的研究主要局限于800nm波段和1064nm波段。在惰性气体中高次谐波的产生以及超高速光通信等应用方面，获得近红外波段的超短脉冲具有重要的意义。

超短脉冲的载波包络相位(简称为CEP)定义为脉冲包络峰值和电场峰值之间的相对相位，CEP的作用在阿秒脉冲产生、光学原子钟和量子相干控制等领域中显得异常重要。超短脉冲激光系统中的CEP稳定方法可以分为主动和被动两种方式。主动CEP稳定方式是通过对系统的载波相位漂移(CEO)进行测量并反馈控制的方式实现的(Nature Vol.421，No.6，611-616，2003)。这种方式对飞秒振荡器的CEP稳定非常有效，但在kHz重复频率高能量放大方式下提供实时的测量反馈是难于实现的。日本的A.Baltuska等人提出了利用差频(差频)过程实现被动CEP稳定的方法(Physical Review Letters，Vol.88，No.13，133901，2002)。基于这种原理，意大利的C.Manzoni等人提出一种使用空心光纤为光谱展宽元件结合非线性晶体中的差频过程实现CEP稳定的光学参量放大(简称为OPA)脉冲激光系统(Optics Express，Vol.14，No.21，10109-10116)，其光路布置如图1所示。飞秒钛宝石啁啾脉冲放大(CPA)系统1输出中心波长位于～800nm、单脉冲能量～1.5mJ和脉冲宽度～50fs的超短超强激光脉冲序列。该脉冲序列的一部分(～250μJ)输入CEP稳定信号脉冲发生部分6中，另一部分(～1.25mJ)经过分束片8后分为两部分，分别用作两级OPA过程的泵浦光。进入CEP稳定信号脉冲发生部分6中的脉冲序列首先由空心光纤3中的非线性作用进行光谱展宽，展宽的脉冲由啁啾镜4时域压缩后经过偏硼酸钡(简称为BBO)晶体5中的II类相位匹配差频过程得到CEP稳定的近红外信号脉冲。差频过程得到的信号光直接输入到OPA放大级14中进行放大，经过两级BBO晶体11、13中的飞秒脉冲泵浦非共线OPA过程得到放大后的CEP稳定飞秒脉冲输出。

由于空心光纤中的光谱展宽能力有限，该系统需要输出高能量脉冲的飞秒钛宝石CPA激光系统作为前级。并且放大级中采用的是BBO晶体中的飞秒脉冲泵浦非共线OPA过程来对信号脉冲进行放大，对系统的同步调节精度要求很高，系统的输出功率受到信号脉冲宽度和泵浦脉冲能量的制约也相当有限。另外，波长的调谐是通过转动晶体角度来实现的，对后面光路影响较大，而且不容易精确控制。

发明内容

本发明的目的是针对上述在先技术中存在的不足，提供了一种光学参量啁啾脉冲放大激光系统，该系统输出波长在1.55μm附近可调的超短脉冲的载波包络相位稳定的激光。

本发明的原理是利用非线性光子晶体光纤(PCF)将钛宝石锁模振荡器输出的飞秒脉冲的部分能量进行高效率光谱转换，然后基于周期极化铌酸锂晶体中的共线准相位匹配差频过程，获得近红外波长可调谐的CEP稳定信号光。信号光通过全光同步窄带泵浦OPCPA的方式得到放大。通过对周期极化铌酸锂晶体温度的控制实现对信号波长的精确调谐。

本发明的技术解决方案如下：

一种光学参量啁啾脉冲放大激光系统，其特征是包括钛宝石飞秒锁模脉冲振荡器、第一分束片、CEP稳定信号脉冲源、OPCPA同步泵浦源、OPCPA放大级和压缩器，其位置关系如下：在该钛宝石飞秒锁模脉冲振荡器的输出光束方向是第一分束片，该第一分束片将激光束分成透射光束和反射光束，在所述的透射光束方向依次是所述的CEP稳定信号脉冲源、OPCPA放大级和压缩器，所述的CEP稳定信号脉冲源由同光轴的光子晶体光纤、啁啾镜、周期极化铌酸锂晶体和展宽器构成；所述的OPCPA放大级是沿光路依次由第一双色镜、第一非线性晶体、第二双色镜和第二非线性晶体组成的；所述的OPCPA同步泵浦源是沿光路依次由调Q倍频YAG激光器、窄带钛宝石再生放大器、第二分束片和全反镜组成的；所述的反射光束注入所述的窄带钛宝石再生放大器的谐振腔中进行放大，放大后经所述的第二分束片和全反镜分别经所述的第一双色镜和第二双色镜注入所述的OPCPA放大级进行同步泵浦。