[发明专利]载波包络相位稳定的宽光谱带宽超短激光脉冲种子源

说明书

技术领域

本发明涉及超短激光脉冲，特别是一种载波包络相位(简称为CEP)稳定的宽光谱带宽超短激光脉冲种子源，该装置通过空心光纤把两个参量放大过程输出的不同波段的CEP稳定的光束同时进行光谱展宽，得到连续的超宽光谱带宽，压缩后获得单周期乃至亚周期的飞秒超短激光脉冲。

背景技术

对于周期量级的激光脉冲，其电场强度的最大值在半个光周期中会发生明显的变化，这种脉冲电场峰值和脉冲包络峰值之间的偏差称为载波包络相位(CEP)。在不同的载波相位下，相同包络的激光脉冲的振荡情况也有很大差别，其与物质的相互作用也会有显著差别。因此，载波包络相位是很重要的影响因素。

超强超短激光脉冲为物理、化学和生物学等学科研究领域提供了强有力的实验手段和研究工具，而CEP在超短超强激光脉冲的应用方面发挥着决定性的作用，如高次谐波和阿秒脉冲的产生，多光子的电离以及光频的精密测量等。尤其是高次谐波和阿秒脉冲的产生，随着阿秒科学的诞生和发展，研究单个阿秒脉冲产生以及探测原子内部现象已成为国际激光领域的前沿课题，超短超强激光脉冲驱动惰性气体产生X射线波段的高次谐波正是获得单个阿秒脉冲的有效手段之一，因此，获得脉冲宽度短至周期量级，CEP稳定的飞秒超短激光脉冲的研究成为促进阿秒科学进一步发展的重要条件。

随着超强超短激光脉冲的发展，人们对脉冲宽度的要求越来越高，即脉冲宽度为周期、亚周期量级。这就需要更宽的光谱带宽来支持，但是受到现有技术的限制，光谱不可能被无限展宽。光束相干合成就是把不同波段的光束合成，从而得到超宽光谱带宽来支持周期量级激光脉冲。C.Manzoni等人利用光参量放大过程输出的光实现了相干合成，得到了500-1000nm的连续光谱(″Ultrabroadband pulse generation bycoherent synthesis of two optical parametric amplifiers″，Ultrafast Optics VIII，MontereyCA US，September 26，2011)。但是当两个波段的光没有重叠部分时，相干合成的光谱会出现“断裂”。Shu-Wei Huang等人基于相干波分复用采用波形合成技术把光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)过程输出的中心波长为0.87um的波段和中心波长为2.15um的波段的光进行合成，整个光谱跨越了1.8个倍频程，得到了一个可以驱动强场激光物理实验的亚周期非正弦型波形(参见″High-energy pulse synthesis with sub-cyclewaveform control for strong-field physics″，Nature Photonics，Vol.5，Page 475-479，August 2011)，由于两个波段没有叠加，得到的光谱不是连续的，为得到周期乃至亚周期量级激光脉冲带来了挑战。而空心光纤可对脉冲光谱进行展宽，如果我们把能量放大过程输出的不同波段的CEP稳定的光束耦合到空心光纤中进行展宽叠加，然后再经过色散补偿系统进行脉冲压缩，即可得到CEP稳定的具有超宽光谱带宽的周期乃至亚周期量级激光脉冲输出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种载波包络相位稳定的宽光谱带宽超短激光脉冲种子源，此装置利用非CEP稳定的光源实现双路CEP稳定光束的放大输出，然后利用空心光纤进行光谱展宽和压缩，获得CEP稳定的具有连续超宽光谱带宽的飞秒超短激光脉冲，为激光与物质相互作用的超快研究领域提供了必要的光源。

本发明的具体技术解决方案如下：