[发明专利]光参量啁啾脉冲放大装置

说明书

技术领域

本发明是一种光参量啁啾脉冲放大（以下简称为OPCPA）装置，主要适用于提高OPCPA的信噪比和重复频率，其优点是结构简单紧凑，信噪比高，重复频率高至数kHz。

背景技术

高信噪比高重复频率激光超短脉冲在激光加工、激光医学、激光物理与化学等领域有着广泛的应用前景。但是在千焦尔拍瓦超短激光脉冲打靶实验中，光参量放大过程中的参量荧光会导致OPCPA信噪比下降，预脉冲或主脉冲底座会在主激光脉冲到来前改变或破坏靶物质，导致打靶实验失败。目前的主要预放增益介质掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)和钕玻璃(Nd:glass)由于热效应的影响而不能在一定重复频率下稳定工作，限制了OPCPA技术的广泛应用。

目前已提出的提高信噪比的主要方法有可饱和吸收体、非线性椭圆偏振旋转、交叉偏振波产生、非线性萨格纳克(Sagnac)干涉、等离子体镜、体布拉格光栅(VBG)光谱滤波器等。这些方法均需要额外设备，结构复杂，滤波装置还会额外引入高阶非线性效应，其信噪比降低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种光参量啁啾脉冲放大装置，该装置应具有结构简单紧凑，信噪比高，重复频率高至数kHz的优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种光参量啁啾脉冲放大装置，特点在于：从啁啾脉冲锁模激光器输出的啁啾脉冲序列经过分束器后分成两束，其中一束依次通过低温Yb:YAG再生放大器、倍频晶体后照射到非线性晶体上，另一束依次通过展宽器、所述的非线性晶体和压缩器后输出。

所述再生放大器可以放大注入光脉冲的能量，泵浦源为半导体激光器(LD)，放大能力10⁷，普克尔盒与LD由种子源同步触发。

本发明的工作原理：

光参量啁啾脉冲放大装置中由于泵浦光时间窗口效应，参量荧光通常限制在增益窗口内，因此预脉冲导致的信噪比下降在OPCPA中可以通过时间窗口增益效应得到弱化，要求泵浦光脉宽小于10ps。

再生放大器工作物质的增益线型为高斯函数，在峰值处小信号增益系数最大，而偏离峰值处小信号增益系数较小。啁啾脉冲在再生放大腔内往返多次后，偏离发射主峰的光谱由于得不到放大而在时间和光谱上越来越窄，光脉冲可被压缩到皮秒量级，将泵浦时间窗口限定在皮秒量级，提高OPCPA的信噪比。

随温度降低，Yb:YAG晶体表现出受激光发射截面变大、发射谱变窄、热导率增大的特性。将Yb:YAG晶体薄片放在由液氮制冷的真空腔内，可以实现数kHz的再生放大器。

本发明的优点在于：

1、结构紧凑，OPA的泵浦光无展宽器，不会引入高阶相位噪声。其直接利用再生放大器的增益窄化效应将OPCPA参量放大的泵浦光脉宽限制在皮秒量级，可以有效的抑制参量荧光，提高信噪比；

2、利用Yb:YAG晶体良好的热性能，可以实现数kHz的OPCPA输出；

3、同源OPCPA，消除了皮秒OPCPA对同步精度的要求。

附图说明

图1是本发明OPCPA装置的结构示意图。

图中：

1－啁啾脉冲锁模激光器；2－分束器；3－低温Yb:YAG再生放大器；4－倍频晶体；5－展宽器；6－非线性晶体；7－压缩器；

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1是本发明OPCPA装置的结构示意图。由图可见，本发明光参量啁啾脉冲放大装置，构成为：从啁啾脉冲锁模激光器输出的啁啾脉冲序列经过分束器后分成两束，其中一束依次通过再生放大器、倍频晶体后照射到非线性晶体上，另一束依次通过展宽器、所述的非线性晶体和压缩器后输出。

所述分束器将输入光信号分成不同光强度的两束光信号。

所述再生放大器可以放大注入光脉冲的能量，泵浦源为LD，放大能力10⁷，普克尔盒与LD由种子源同步触发。

应用图1所示的高信噪比高重复频率OPCPA装置，光纤锁模激光器采用非线性偏振旋转技术结合啁啾脉冲光谱滤波法实现，输出中心波长1030nm，谱宽8.9nm，重复频率15.2MHz，再生放大器为液氮制冷的低温Yb:YAG再生放大器，OPCPA重复频率10Hz，已经比传统钕玻璃OPCPA提高10倍。