[发明专利]一种宽带泵浦的啁啾补偿光参量放大方法及装置

说明书

本发明公开了一种宽带泵浦的啁啾补偿光参量放大方法及装置，钛蓝宝石激光源产生初始飞秒激光，被分束片分为两束：较强的一束光作为泵浦光，经过泵浦光光谱展宽器后得到宽带啁啾泵浦光，再经过延时线和双色镜入射到非线性晶体；较弱的一束光作为种子光，进入超连续白光产生器，得到宽带啁啾种子光，再经过双色镜入射到非线性晶体，并与宽带啁啾泵浦光耦合发生光参量放大。本发明采用光谱展宽的宽带啁啾泵浦光，包含更多的频率成分；且宽带啁啾泵浦光与宽带啁啾种子光的瞬时频率对应关系受到精确调控，以使得种子光的频率成分在较大的范围内实现相位匹配，从而提高了信号光的增益带宽，实现了超宽带的信号光频谱输出。

技术领域

本发明属于超快激光技术领域，尤其涉及一种宽带泵浦的啁啾补偿光参量放大方法及装置。

背景技术

飞秒激光脉冲因其具有超短的时间分辨率和极高的峰值功率，在超快光学、强场物理等领域的研究中有着重要的应用。因此，如何产生高能量的超短激光脉冲成为了国内外各大高校及研究所的重要研究方向之一。目前，商业化的钛蓝宝石(Ti:sapphire)飞秒激光器已经可以在800纳米的中心波长处产生超短、超强脉冲。然而，在许多超快激光相关的基础理论及实际应用研究中，产生不同中心波长的飞秒激光脉冲也是至关重要的。需要注意的是，受到增益介质的带宽所限，在更长波长的近红外至中红外波段，目前的传统激光技术无法直接产生超短的飞秒激光脉冲。相比起受激辐射放大技术，光参量放大(OpticalParametric Amplification，OPA)凭借着高参量增益、宽增益带宽、可调谐波长范围大以及热积累效应可忽略等优势，成为了产生超短红外激光脉冲的重要手段。

在简并波段的OPA系统中，由于信号光与闲频光具有相等的群速度，两者间可以实现超宽带的相位匹配，获取周期量级的脉冲输出。然而，对非简并波段的OPA系统，信号光和闲频光脉冲的群速度不同，两者间的群速度失配会影响到系统相位匹配带宽，获取宽带增益的难度相应增大。

为了在非简并波段获取宽带相位匹配，可以采用啁啾补偿方案。通过准确控制入射泵浦光与种子光脉冲的啁啾，调整两者的瞬时波长在时域的变化规律，使得两者的对应关系符合相位匹配曲线，从而在非简并波段实现宽带增益。值得注意的是，由于啁啾补偿方案需要将不同的泵浦光波长成分与种子光波长成分一一对应，因此，泵浦光的带宽越大，所能实现完美相位匹配的种子光频谱范围也越大。在已有的光参量放大系统中，最常用的泵浦光光源之一是钛蓝宝石飞秒激光器，其脉宽通常大于30飞秒，对应的带宽不足以支持周期量级脉宽的输出，因此会显著地限制光参量放大系统的增益带宽。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种宽带泵浦的啁啾补偿光参量放大方法及装置，提高了信号光的增益带宽，实现了超宽带的信号光频谱输出。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：首先提供一种宽带泵浦的啁啾补偿光参量放大方法，包括以下步骤，步骤一，产生初始飞秒激光；步骤二，将初始飞秒激光分成两束，分别为泵浦光和种子光，增大泵浦光的带宽得到宽带泵浦光，然后引入正啁啾，得到宽带啁啾泵浦光；增大种子光的带宽得到宽带种子光，然后引入正啁啾，得到宽带啁啾种子光；其中宽带泵浦光与宽带种子光分别引入不同的正啁啾，使得两者的瞬时频率在时域上的对应关系符合相位匹配曲线；步骤三，调整宽带啁啾泵浦光与宽带啁啾种子光的啁啾和两者之间的延时，使两者同步入射到非线性晶体中进行光参量放大，得到宽带啁啾信号光、宽带啁啾闲频光和衰减后的宽带啁啾泵浦光；步骤四，滤除宽带啁啾闲频光与衰减后的宽带啁啾泵浦光，得到宽带啁啾信号光，对其进行压缩，得到超短信号光脉冲输出。