[发明专利]一种双泵浦啁啾补偿光参量放大方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及超快激光技术领域，具体涉及一种双泵浦啁啾补偿光参量放大方法及装置。

背景技术

周期量级的高强度激光脉冲在高次谐波产生、相干X射线产生及超快过程探测等研究领域有着广泛的应用前景。近年来，光参量放大技术（Optical parametric amplification，OPA）因其增益谱宽大、可调谐性强、几乎没有热效应积累以及高阶非线性小等优势，成为了将钛蓝宝石激光频率下转换产生红外周期量级超强激光脉冲的首选方案。

然而，受到非线性晶体尺寸及损伤阈值的限制，OPA所能用到的最大泵浦能量不能满足一部分强场物理研究的需要。因此，啁啾脉冲放大技术（Chirped-pulse amplification，CPA）被移植到OPA中形成了光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）。OPCPA不再选用超短脉冲作为泵浦光，而是改用皮秒或纳秒级的长脉冲高能量激光泵浦，同时输入的宽带信号光也被加入啁啾使其脉宽达到泵浦光的量级以确保能量的充分转换。OPCPA过程中，高频率高强度的泵浦光和低频率低强度的啁啾信号光在时间和空间上相互耦合入射非线性晶体，在晶体内相位匹配的条件下发生差频得到第三束低频的闲频光。通常情况下，OPCPA的相位匹配条件是针对信号光的中心频率优化的，因此中心频率成分的放大效率最高，但随着啁啾信号光的瞬时频率偏离中心频率，相位失配增大，放大效率降低，造成系统增益带宽的减小。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种双泵浦啁啾补偿光参量放大方法及装置，在啁啾补偿OPA系统中引入两个泵浦脉冲，对两束泵浦光和信号光分别加入啁啾和延时，通过调整其对应的瞬时频率补偿光参量放大过程中因脉冲瞬时频率偏离中心频率造成的相位失配，并且调整两个泵浦脉冲的啁啾和时延使其分别放大啁啾信号光的低频和高频成分，从而进一步提高光参量放大器的增益谱宽。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种双泵浦啁啾补偿光参量放大方法，所述方法包括以下步骤：

S1、产生初始飞秒泵浦光和初始飞秒信号光；

S2、将初始飞秒泵浦光分成两束光，包括第一飞秒泵浦光和第二飞秒泵浦光；对初始飞秒信号光加入啁啾得到啁啾信号光，对第一飞秒泵浦光和第二飞秒泵浦光分别加入反向啁啾得到第一啁啾泵浦光和第二啁啾泵浦光；

S3、分别对第一啁啾泵浦光和第二啁啾泵浦光加入延时，使得第一啁啾泵浦光在时域上与啁啾信号光的脉冲后延重合，第二啁啾泵浦光在时域上与啁啾信号光的脉冲后延重合；

S4、调整第一啁啾泵浦光、第二啁啾泵浦光、啁啾信号光的啁啾和延时，使得第一啁啾泵浦光、第二啁啾泵浦光、啁啾信号光每一时刻的瞬时频率都恰好达到相位匹配，将上述三束光共线入射到非线性晶体中进行光参量放大，产生放大后的啁啾信号光和闲频光，同时输出衰减的啁啾泵浦光；

S5、滤掉衰减的啁啾泵浦光、闲频光得到纯净的放大后的啁啾信号光，将所述纯净的放大后的啁啾信号光入射到脉冲压缩器中，加入线性负啁啾对放大后的啁啾信号光进行压缩得到脉宽最短的飞秒信号光。

在本发明所述的双泵浦啁啾补偿光参量放大方法中，所述步骤S2中，对初始飞秒信号光、第一飞秒泵浦光、第二飞秒泵浦光所加的啁啾均为线性啁啾，以简化脉冲的展宽和压缩过程。

在本发明所述的双泵浦啁啾补偿光参量放大方法中，所述步骤S2中，根据初始飞秒泵浦光波长和初始飞秒信号光波长的相位匹配曲线，分别对初始飞秒信号光简并波长两侧非简并波段的曲线进行线性拟合，计算得出对第一飞秒泵浦光、第二飞秒泵浦光加入的啁啾系数。

在本发明所述的双泵浦啁啾补偿光参量放大方法中，所述步骤S3中，根据初始飞秒泵浦光波长和初始飞秒信号光波长的相位匹配曲线，分别对初始飞秒信号光简并波长两侧非简并波段的曲线进行线性拟合，计算得出对第一飞秒泵浦光、第二飞秒泵浦光加入的延时，确保两个啁啾泵浦脉冲分别放大啁啾信号脉冲的低频和高频部分，从而得到宽带的简并超短信号光。

相应地，本发明还提供了一种双泵浦啁啾补偿光参量放大装置，所述装置包括泵浦光源、信号激光源、第一泵浦展宽器、第二泵浦展宽器、信号光展宽器、第一泵浦光延时器、第二泵浦光延时器、分束镜、反射镜、第一双色镜、第二双色镜、非线性晶体、分光片和脉冲压缩器；