[发明专利]载波包络相位稳定的1053纳米飞秒脉冲产生装置

说明书

技术领域

本发明涉及超短脉冲激光，特别是一种载波包络相位稳定的1053纳米飞秒脉冲产生装置，能产生载波包络相位稳定的、中心波长在1053纳米、超高对比度的飞秒激光脉冲，主要适用于高功率、高对比度飞秒激光系统，应用于高强度超快激光技术及超快强场物理研究领域。

背景技术

近年来，随着飞秒激光技术的发展，人们能够获得越来越强的飞秒激光脉冲。超强超短激光脉冲是许多基础研究中的重要工具，在激光物理研究领域有着不可替代的作用。特别是周期量级的超短激光脉冲，在高次谐波，阿秒脉冲的产生等领域有非常重要的应用。然而在这些超短激光脉冲的应用中，低对比度的预脉冲，会在主脉冲到达之前先破坏靶，从而影响整个强场激光物理实验。对于10^21-23W/cm²乃至更高量级的超强场激光与物质相互作用物理研究中，对超强超短激光脉冲的对比度要求达到10¹¹-10¹³量级。因此，提高激光脉冲的对比度对强场物理实验有重大意义。

当前，在惯性约束核聚变领域, 用钕玻璃(Nd: glass) 作为增益介质的激光放大器可以产生数千焦耳以上的高能激光脉冲。钕玻璃作为一种激光增益介质，具有光学质量好，口径大，激光输出能量高等优点。然而，掺钕磷酸盐玻璃的工作波段是在1053纳米附近，掺钕硅酸盐玻璃的工作波段是在1064纳米。因此，大功率的钕玻璃激光放大系统需要一个输出波长在1053纳米（或1064纳米，硅酸盐玻璃）的高对比度的脉冲种子源。

在先技术中，Jullien等人提供了一种的脉冲净化装置（参见Jullien, A., S. Kourtev, et al. (2006). Highly efficient temporal cleaner for femtosecond pulses based on cross-polarized wave generation in a dual crystal scheme. Applied Physics B-Lasers and Optics84(3): 409-414.）。在先技术中，入射光通过一个起偏器，获得偏振性较好的线偏振光，然后通过透镜聚焦到氟化钡（BaF₂）晶体上，接着经过透镜准直，最后通过一个与起偏器偏振方向互相垂直的检偏器输出。入射的线偏振光通过氟化钡晶体时，当功率密度合适的时候，由于交叉偏振波产生（XPW）效应，将会产生与原光束偏振方向相互垂直的光脉冲，转化效率与光强的三次方成正比。因此，入射脉冲中能量较强的主脉冲能够把大部分能量都转化到与原偏振方向垂直的光束上，透过检偏器输出；而能量较弱的预脉冲几乎不能产生交叉偏振波，会被检偏器滤掉。这样通过这个装置后，我们就能够获得高对比度的飞秒脉冲。然而，该装置脉冲净化的能力受到起偏器和检偏器消光比的限制，对比度只能在原来基础上提高2～4个量级。另一方面，XPW技术受到入射光源限制。若只有800纳米的飞秒光源，并不能产生1053纳米或1064纳米波段的飞秒脉冲来满足钕玻璃应用的需要；若入射光的CEP不稳定，也不能获得CEP稳定的飞秒脉冲。最后，由于在先技术装置使用的是三阶非线性效应，因此对外界的影响非常敏感。输入能量的不稳定以及装置中气流的变化都会造成输出光束的抖动和能量的剧烈变化，从而影响脉冲的稳定性。

在另一在先技术中，Liang等人提供了另一种基于相位共轭波（PCW）产生的脉冲净化技术（参见Shiguo Liang, et al. “Temporal contrast enhancement of picosecond pulses based on phase-conjugate wave generation.” Optics Letters, 2011, to be published.）在该技术中，脉冲工作的中心波长是在1053纳米，但是该装置产生的是1皮秒的脉冲，光谱宽度只有2纳米左右，并不能满足宽光谱带宽的飞秒脉冲应用的要求。同时，光谱的中心波长也不能调谐，不能满足1064纳米波段的应用要求。当入射脉冲的载波包络相位不稳定时，该技术不能实现载波包络相位稳定的飞秒脉冲输出。

发明内容