[发明专利]载波相位稳定的800nm超短脉冲激光产生放大装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光应用领域，尤其涉及一种载波相位稳定的800nm超短脉冲激光产生放大装置。

背景技术

超短脉冲激光，作为有极短的脉冲宽度（飞秒量级，10^-15s）、超宽光谱宽度（几十纳米）的相干光源，已成为推动物理、化学、生物、医学以及材料等学科发展的重要工具，目前已被广泛应用于国防、航空、通信、医疗等领域。

超短脉冲的载波相位是指脉冲包络与脉冲电场之间的相对相位。对于普通飞秒激光器而言，即使其前后输出的脉冲之间形状有较高的重复性，其载波相位往往也是不相同的，也就是说，脉冲之间的电场形式发生了改变。这在频率域表现为频谱的偏移或抖动。而对于载波相位稳定的激光器，其输出的各个脉冲之间不但形状相同，而且脉冲电场形式也相同。与常规激光脉冲相比，载波相位稳定的脉冲有更高的时间相干性、更好的时间/光谱稳定性。目前载波相位稳定激光脉冲在相干X射线、阿秒脉冲的产生、光钟和高精密光谱学等方面有至关重要的应用。此外，由于其高时间稳定性和相干性，在材料加工、超快成像、通信以及高精度授时等方面有潜在的重要应用。

激光载波相位稳定技术分为两种：主动反馈式和被动式。主动反馈式利用精密的电子设备将脉冲与脉冲之间的载波相位偏移信息进行反馈，通过精确控制腔的色散，实现激光振荡器的载波相位稳定。该方法的缺点是无法实现单次脉冲载波相位稳定，对脉冲的重复性和相邻脉冲之间载波相位偏移的稳定性有较高要求，而且受环境影响较大。被动式是结合光参量技术和基于自相位调制的光谱展宽技术来获得载波相位稳定的脉冲。该方法能够直接实现激光脉冲载波相位单次稳定而对光脉冲重复性无任何要求，受环境影响小，长期稳定性好。一种典型的被动式载波相位稳定技术，其方法是将800nm激光脉冲先倍频到400nm，再将该倍频光输入到介质中进行光谱展宽，获得一个倍频程的白光超连续谱，然后将白光超连续谱中的800nm波长成分作为信号光，400nm脉冲作为泵浦光，在参量放大器中进行差频，获得载波相位稳定的闲频光。这种方法的缺点是光谱展宽很难达到一个倍频程，即便达到了，其基频成分的光强也非常弱，导致最终获得的载波相位稳定的脉冲信噪比难以提高。

发明内容

为解决被动式载波相位稳定技术中光谱展宽难以达到一个倍频程的问题，本发明提供了一种载波相位稳定的800nm超短脉冲激光产生放大装置，包括：

激光器、第一倍频晶体、第二倍频晶体、第一分束器、第二分束器、第一延时器、光谱展宽器、第一参量放大器、第二延时器、第二参量放大器、第一高反射率镜、第二高反射率镜；

所述激光器产生的800nm激光脉冲作为基频光经过所述第一倍频晶体进行倍频，输出的倍频光和剩余的基频光经过所述第一分束器分开；所述剩余的基频光经过所述第二高反射率镜反射后经过所述第二延时器进入所述第二参量放大器作为泵浦光；所述倍频光经所述第二分束器分成两束能量大小不同的倍频光；上述两束能量大小不同的倍频光中，能量较弱的一束倍频光经所述第一延时器进入所述光谱展宽器获得超连续谱光源，该超连续谱光源进入所述第一参量放大器作为信号光，能量较强的一束倍频光经所述第一高反射率镜反射后进入所述第一参量放大器作为泵浦光；所述第一参量放大器中的泵浦光与作为信号光的超连续谱光源中频率为二分之三倍基频光的成分相互作用，获得波长为两倍基频光的载波相位稳定的闲频光；所述闲频光作为信号光输出到所述第二参量放大器作为信号光进行放大；上述放大后的载波相位稳定光经过所述第二倍频晶体进行倍频，获得基频光波长的载波相位稳定激光脉冲。

进一步地，所述第一参量放大器及第二参量放大器均采用一类相位匹配BBO晶体，所述第一参量放大器的泵浦光路径中设置有一半波片，用于改变泵浦光的偏振方向。

进一步地，所述激光器为钛宝石激光器。

进一步地，所述第一倍频晶体和第二倍频晶体为特殊切割角度的二阶非线性晶体。

进一步地，所述光谱展宽器为三阶非线性介质，包括：蓝宝石、氟化钙、充惰性气体空芯光纤或光子晶体光纤。

进一步地，所述第一高反射率镜为镀有对应所述能量较强的一束倍频光的高反射率宽度介质膜镜，用于改变其传播方向。

进一步地，所述第二高反射率镜为镀有对应所述剩余的基频光的高反射率宽度介质膜镜，用于改变其传播方向。

进一步地，所述第一参量放大器及第二参量放大器分别采用一类和二类相位匹配BBO晶体，所述第一参量放大器的信号光路径中设置有一半波片，用于改变信号光的偏振方向。