[发明专利]一种光参量放大方法及装置

说明书

本发明设计了一种光参量放大方法及装置，将飞秒泵浦光与飞秒种子光分别展宽，并利用级联的非线性晶体进行放大。在第一块非线性晶体内泵浦光和种子光同步共线入射并进行光参量放大，产生放大的信号光和闲频光，在非线性晶体后利用偏振片将竖直偏振的信号光滤除，透过的泵浦光与闲频光输入第二块非线性晶体内进行后续放大，如此反复。每一级放大后均滤除信号光，仅保留泵浦光与闲频光。本发明通过消除放大过程中的信号光脉冲，有效地抑制了光参量放大中的能量逆转换，显著提高了系统的能量转换效率，有助于在光参量放大器中获取高能量的闲频光脉冲。

技术领域

本发明属于属于超快激光技术领域，尤其涉及一种光参量放大方法及装置。

背景技术

高能量的飞秒激光脉冲在超快光学、非线性光学及强场激光物理等领域有着广泛的研究和应用前景。因受到宽带激光增益介质的限制，超短超强激光脉冲的产生主要位于可见光至近红外波段。为了进一步拓展超短激光脉冲的应用范围，需要将其中心波长向更长的中红外波段(1-5μm)延伸。针对这一需求，光参量放大(Optical ParametricAmplification，OPA)因其增益带宽大、可调谐范围广、几乎没有热效应累积等优点，成为了将近红外飞秒激光的频率下转换至中红外波段、输出高能量超短脉冲的首选方案。超短高能量中红外激光脉冲将开辟强激光与物质相互作用领域中迄今很少探索过的参量空间，从而为人们开拓新效应和新应用提供新机遇。

在光参量放大中，一束高强度泵浦光与低强度种子光发生差频作用，产生一束第三种频率的闲频光，这一过程中需要满足能量守恒和相位匹配两个条件。通常，当泵浦光强度大于信号光和闲频光时，能量会由泵浦光转移至后者，即对两个脉冲实现放大；而当放大到一定程度后，信号光和闲频光的强度超过泵浦光，能量则会以相反方向传递，即发生能量逆转换。

光参量放大过程中的能量逆转换会抑制系统的转换效率，不利于高能量中红外激光脉冲(闲频光)的产生。因此，OPA系统中的非线性晶体厚度往往需要经过挑选，使得信号光和闲频光被放大至饱和状态附近，以避免逆转换过程的发生。然而，在达到饱和状态的OPA系统中，泵浦光还保留有大量的能量未能完全转换，但在这种情况下却不能通过继续增加晶体的厚度以进一步提升系统转换效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种光参量放大方法及装置，通过滤除放大所得的信号光脉冲，抑制参量过程中的能量逆转换，从而提高光参量放大器的能量转换效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光参量放大方法及装置，包括泵浦激光源、种子激光源、泵浦光展宽器、种子光展宽器、二向色镜、第一非线性晶体、第二非线性晶体、若干级非线性晶体组合、偏振滤光片一、偏振滤光片二和滤光片；泵浦激光源产生泵浦光，经过泵浦光展宽器得到啁啾泵浦光；种子激光源产生种子光，经过种子光展宽器得到啁啾种子光；泵浦光与种子光的偏振方向相互垂直，啁啾泵浦光和啁啾种子光通过二向色镜合并，同步输入至第一非线性晶体内进行第一级放大；第一级放大得到衰减的泵浦光、放大的信号光和放大的闲频光，经过偏振滤光片一，相同偏振方向的泵浦光和闲频光透过，并输入至第二非线性晶体内进行第二级放大；第二级放大得到的信号光被偏振滤光片二滤除，透过相同偏振方向的泵浦光和闲频光，输入至若干级非线性晶体组合，经过若干级非线性晶体组合后所得的泵浦光、信号光和闲频光经过滤波片，泵浦光和信号光被滤除，提取闲频光脉冲。

按上述技术方案，泵浦激光源为飞秒泵浦激光源，种子激光源为飞秒种子激光源。

按上述技术方案，泵浦激光源产生水平偏振的泵浦光，种子激光源产生竖直偏振的种子光。

按上述技术方案，若干级非线性晶体组合包括第三非线性晶体、第四非线性晶体和偏振滤光片三，经过第三非线性晶体放大的信号光被偏振滤光片三滤除，透过相同偏振方向的泵浦光和闲频光，输入至第四非线性晶体内进行第四级放大。

按上述技术方案，闲频光在每一级非线性晶体内均达到饱和能量。