[发明专利]泵浦光增强型光参量啁啾脉冲再生放大方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的光参量啁啾脉冲放大方法，属于超快激光脉冲放大技术，该方法结合了多通参量放大和腔内叠加增强的特点，可以实现泵浦光能量的充分利用，从而优化转换效率。

背景技术

高峰值功率高单脉冲能量是研究极端物理条件下物质相互作用的重要手段，所以怎么获得超短强激光脉冲已经成为目前国内外研究的热门领域之一。目前光脉冲放大主要有三种方法：一是啁啾脉冲(CPA)放大办法，是将飞秒种子光脉冲在时域上展宽，再经激光增益介质放大，最后利用压缩器压缩脉宽得到超短脉冲，在CPA系统中一般都要经过多级放大，达到饱和增益后经倒空腔输出，在CPA系统中，虽然能获得高增益，但同时存在着许多缺点：自发辐射信号得到放大，经CPA输出的光脉冲对比度不高；脉冲的逐级放大，光谱窄化效应越明显，使得很难压缩到原来的飞秒量级。二是光参量啁啾脉冲放大方法，可以获得较大的单脉冲能量和峰值功率，其参量过程可以支持很宽的光谱宽度，所以OPCPA系统可以产生很短的激光脉冲，其原理就是利用非线性晶体把泵浦光的能量转化到信号光中，所以要获得高的脉冲能量输出就需要高能量的泵浦光。光同步泵浦系统中，钛宝石飞秒激光(femtosecondTi：sapphire system)系统输出脉冲一部分作为OPCPA的种子光，另一部分经多通放大后作为泵浦光，其单脉冲能量(10mJ)限制了输出脉冲能量的提高。YAG激光器输出的脉冲能量可达到几百个毫焦，可以用其作为泵浦源来解决这个问题，但由于YAG激光器输出的光脉冲脉宽为十纳秒级，而实验上又很难将飞秒信号光展宽成十纳秒量级，使得在光参量作用过程中，只有少部分和信号光同步的能量得到利用，转换效率较低。为了克服这一缺点，目前国际上已有许多研究小组提出了多通光参量放大的概念，但是由于参量过程中的饱和效应，目前在实验上还无法解决最大效率和多通次数之间的矛盾。三是光脉冲腔内相干叠加方法，2002年R.Jason Jones等人提出光脉冲腔内相干叠加来放大飞秒脉冲的思想，该方法要求严格的载波相位稳定，模式匹配条件较为严格，在实验上还是很难实现。

综上所述，虽然目前超短脉冲放大的技术很多，但都存在着各种缺陷与不足。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种泵浦光增强型光参量啁啾脉冲再生放大方法，该方法利用环型腔的特殊结构对先泵浦光进行腔内叠加增强，并利用信号光和泵浦光在各自腔内的光程差实现泵浦光的重复利用，同时利用腔倒空技术来控制参量过程中的饱和效应，不仅解决了信号光饱和效应和泵浦光不能高效利用的问题，还实现了利用泵浦光腔内叠加增强的思想来提高泵浦光的转化效率。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种泵浦光增强型光参量啁啾脉冲再生放大方法，其特征在于该方法利用环型腔的结构对原泵浦光进行腔内叠加增强，以增强泵浦光的功率密度，再利用信号光和泵浦光在各自腔内的光程差，实现泵浦光的重复利用，以提高转化效率，最后采用腔倒空技术选择最佳的参量放大次数，控制参量过程中的饱和效应，其中对原泵浦光进行腔内叠加增强，是利用环型腔的结构，使泵浦光脉冲前沿和后延在腔内叠加。

所述环型腔的结构是根据泵浦光的脉宽τ₀确定泵浦光腔的腔长L，该腔长使得泵浦光在泵浦腔内循环一周所需的时间τ＝L/c＜τ₀，其中的c为光速。

所述光程差的实现是：采用两个环型腔，即泵浦光腔和信号光腔，环型腔结构使得信号光在腔内循环一周后和泵浦光在时间上有一个延迟，利用此延迟实现信号光同另一部分泵浦光再一次进行参量放大。

所述的腔倒空技术，是当信号光脉冲增益达到最大时，改变信号光的偏振态，并由布儒斯特窗片反射到腔外。

本发明的优点是，利用宽脉宽高能量的泵浦源获得高能量短脉冲输出的同时，能最大限度地提高泵浦光的转化效率。

附图说明

附图1是泵浦光腔内叠加增强原理图；

附图2是光参量再生放大的原理图；

附图3是脉冲选单与同步系统光中及电路图；

附图4是光参量再生放大的光路图；

附图5是选单与同步系统的时序图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：