[发明专利]一种提高光参量放大器输出放大信号光脉冲和光束质量的方法

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种提高光参量放大器装置输出放大信号光脉冲  和光束质量的方法。

背景技术

高能量激光装置所输出的高强度超短脉冲创造了极端的物理条件，可用来研究强场物理领域的新现象，主要包括：“快点火”惯性约束核聚变、高能量密度物理、实验室天体物理、带电粒子的超强加速等，这些重要应用不仅要求激光脉冲具有很高的能量而且要保证好的脉冲质量。啁啾脉冲放大(CPA)或者光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)是获取超强超短激光脉冲的重要手段。以高能量钕玻璃激光器作为泵浦源，OPCPA系统已达到了PW(10¹⁵W)量级的高功率输出(O.V.Chekhlov，et.al.35 J broadband femtosecond opticalparametric chirped pulse amplification system.Opt.Lett.2006，31：3665-3667)。Tajima和Mourou指出，如果用兆焦耳能量的激光脉冲进行泵浦，那么OPCPA系统将会产生zettawatt(10¹⁸W)高功率输出(T.T ajima and G.Mourou，Zettawatt-exawatt lasers and theirapplications inultrastrong-field，physics.Phys.Rev.ST Accel.Beams，2002，5：031301-031303)。但是，在这些高能量的OPCPA系统中，由于OPA晶体的口径较大，并且采用双折射相位匹配，泵浦光与信号光、闲置光之间存在空间走离。另外，具有兆焦耳脉冲能量的泵浦光通常达不到衍射极限(10～20倍衍射极限)，其本身光束质量比较差。光参量放大过程中的相位转移将使泵浦光的非理想相位分布传递给信号光束，从而严重影响放大信号光束的质量。另一方面，物理实验的研究对脉冲的质量(信噪比)提出了很高的要求，要求有“干净”的脉冲前沿，但目前的高功率激光系统中，信噪比问题一直没有得到很好的解决。在参量放大过程中，泵浦脉冲的位相畸变也会转移到信号脉冲上，从而影响信号脉冲的信噪比。因此，寻求一种通过控制泵浦光向信号光的相位转移，提高OPA、特别是高能量OPA或OPCPA输出放大信号光脉冲(光束)质量的方法显得尤其重要。

在相位补偿方面，D.J.Armstrong等人采用两级OPA装置结构进行空间走离的补偿，尽管在每一个OPA都会发生泵浦光向信号光的相位转移，但由于两个晶体中的空间走离方向恰好是相反的，所以最后输出放大信号光的相位是保持不变的(D.J.Armstrong，W.J.Alford，T.D.Raymond，et al.Parametric amplification and oscillation withwalkoff-compensating crystals.J.Opt.Soc.Am.B，1997，14：460-474)。但是在时间域，通过单纯调节晶体本身结构是不能够补偿OPA晶体中的群速度失配(R.J.Gehr，R.W.Kimmel，and A.V.Smith，Simultaneous spatial and temporal walk-off compensation infrequency-doubling femtosecond pulses inβ-BaB₂O₄.Opt.Lett.1998，23：1298-1300)，因而并不能实现信号光脉冲的相位控制。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够同时在时间和空间域，通过控制泵浦光向信号光的相位转移，提高OPA输出放大信号脉冲和光束质量的方法。

在OPA或者OPCPA放大过程中，为保证输出脉冲和光束质量，在满足三波混频(ω_p＝ω_s+ω_i)和相位匹配(Δk＝0)，以及在不考虑空间走离和群速度失配的情况下，脉冲之间的相位满足：

φ_s＝φ_s(0)(1)