[发明专利]光谱响应曲线可调的宽带激光脉冲参量放大或参量转换系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种能实现输入输出光谱响应曲线可调的宽带激光脉冲参量放大或转换系统 ，该系统不但能实现输入信号带宽内所有频率成分的几乎相同增益的参量放大或转换，而且 还可以根据需要调节各泵浦脉冲的强度与位置，改变所述参量放大或转换系统的光谱响应曲 线或输出脉冲的带宽与光谱特性，属于非线性强激光领域。

背景技术

宽带超短激光脉冲的参量放大(或参量变换)不同于窄带激光，由于非线性晶体都不可避 免地存在色散效应，即不同频率的光在晶体中的相速度和群速度是不一样的。对于各向异性 的非线性晶体，可以利用晶体的双折射效应来补偿由色散效应引起的相速度差异，实现相位 匹配，即双折射相位匹配技术(BPM)。同样，也可利用晶体的双折射效应实现群速匹配( GVM)。然而，一般情况下，对于大部分各向异性的非线性晶体来说，这两个匹配是无法同 时满足的，因为满足BPM和GVM的两个匹配方向一般不重合。对于各向同性的非线性晶体， 可以利用晶体的正、反常色散来实现相位匹配(PM)和群速匹配的。然而，这两个匹配也是 无法同时满足的，因为满足PM和GVM所要求的正、反常色散材料的比例通常是不一样的。 目前，针对宽带参量放大(或参量变换)的相位与群速匹配问题的解决方案主要包括：非共线 相位匹配、波前倾斜群速匹配、简并点相位匹配、多角度泵浦相位匹配和时域延迟双脉冲泵 浦啁啾匹配等。

这些方案都各有优缺点，非共线相位匹配和波前倾斜群速匹配光路结构简单，但带 宽有限，简并点相位匹配法不但光路结构简单，而且可获得较大的带宽，但不同的晶体只能 应用在特定的频率上，而多角度泵浦相位匹配和时域延迟双脉冲泵浦啁啾匹配虽然可以得到 最大的带宽，但其结构复杂，且多角度泵浦相位匹配由于多个光束同时相交在同一位置，其 输入功率密度受到限制。

发明内容

为提高激光脉冲参量放大(或参量变换)的带宽，本发明目的旨在提供一种结构简单、调 校方便、晶体选择灵活的光谱响应曲线可调的宽带激光脉冲参量放大或转换系统，不但能实 现输入信号带宽内所有频率成分的几乎相同增益的参量放大，而且还可以根据需要调节输出 带宽和响应曲线。

为实现上述发明目的，本发明采取的基础技术方案是，一种光谱响应曲线可调的宽带激 光脉冲参量放大或参量转换系统，包括空间频率啁啾变换装置、分束、衰减与光学延迟装置 及依次布置于空间频率啁啾变换装置光轴线上的部分反射镜、聚焦柱面透镜、扇形周期性极 化晶体、滤波装置和准直柱面透镜，其中分束、衰减与光学延迟装置的输出泵浦脉冲呈45° 入射至部分反射镜，且所述部分反射镜和滤波装置的安装方向与空间频率啁啾变换装置输出 光轴呈45°夹角。

作为具体实施例，所述泵浦脉冲分束、衰减与延迟装置可由部分反射镜、衰减器、光学 延迟线和反射镜组成，输入泵浦脉冲经光学延迟线后，入射到部分反射镜，部分反射镜反射 光部分经可调衰减器后输出一束泵浦脉冲，部分反射镜透射光部分经反射镜反射后入射到另 一个可调衰减器后，也输出一束泵浦脉冲。部分反射镜的分光比例可通过选择不同部分反射 镜来实现。相应增加部分反射镜等可以获得更多束激光泵浦脉冲，泵浦脉冲分束、衰减与延 迟装置中部分反射镜将泵浦激光脉冲按一定比例分成2束或多束激光光束后入射到扇形周期 性极化晶体的不同位置；其中衰减器用于调节各泵浦激光脉冲的强度；光学延迟线用于调节 泵浦激光脉冲与宽带激光脉冲的时间同步以及分束后各泵浦激光脉冲之间的时间关系。

所述空间频率啁啾变换装置可由倾斜平板玻璃、棱镜对、光栅、棱栅、体光栅等构成， 将宽带激光脉冲变换成宽度可调的空间频率啁啾脉冲，且所述空间频率啁啾脉冲的所有频率 成分分布在横向空间某一轴上的不同位置，相互平行。

所述部分反射镜，具有透射与反射功能，将45度角输入的泵浦脉冲反射到聚焦柱面透镜 ，同时将输入宽带激光脉冲直接透射到聚焦柱面透镜。

所述聚焦柱面透镜，将输入的各个宽带激光脉冲聚焦到扇形周期性极化晶体轴上适当位 置。

所述扇形周期性极化晶体，能满足不同频率成分准相位匹配的极化周期在横向某一轴上 的变化与空间频率啁啾脉冲的频率变化成对应关系，当上述脉冲入射后，在空间频率啁啾方 向上对扇形周期性极化晶体进行上下调节，使空间频率啁啾脉冲的所有频率成分都能在最佳 相位匹配位置平行入射。空间频率啁啾脉冲既可以垂直扇形周期性极化晶体的端面入射，也 可以适当角度倾斜入射。