[发明专利]一种双啁啾频谱光参量放大器及放大方法

说明书

本发明适用于激光技术领域，提供了一种双啁啾频谱光参量放大器及放大方法，双啁啾频谱光参量放大器利用飞秒激光器组件产生时间同步的泵浦光与信号光，并分别独立地经过输入光栅和输入准直透镜，使信号光和泵浦光的不同频谱分量线性地分散聚焦在各自的焦点，在焦平面呈频率变化率符号相反的空间啁啾；然后，基于扇形的周期性极化晶体，完成所述泵浦光对信号光的全频谱的高效光参量放大，并产生宽光谱的闲频光；最后，利用分光镜将宽光谱的闲频光分离出来，并经输出准直透镜和输出光栅，完成由频谱域到时间域的傅里叶变换，再经必要的色散补偿，最终得到长波长的超短脉冲激光；本发明提供的光参量放大器结构简单，可以得到长波长的超短脉冲激光。

技术领域

本发明属于激光技术领域，尤其涉及一种双啁啾频谱光参量放大器及放大方法。

背景技术

有限光学周期的长波长超短激光脉冲在物理学、化学、生物学、光电子学以及激光光谱学等领域有着重要的应用，是开展微观尺度科学研究和揭示超快物理、化学过程的重要工具。

目前，基于二阶光学非线性效应的频率下转换技术是产生长波长超短脉冲激光的有效手段。要得到高功率的超短脉冲激光，通常需具备两个必要条件：宽带宽的驱动光源和后续的多级差频，以及光参量放大。其中，驱动光源的带宽决定了种子光的频谱带宽，而差频和光参量放大的增益带宽是决定种子光是否能被有效放大且不损失频谱的关键因素。总体而言，宽频谱的驱动光源与能够提供宽带增益的光参量啁啾脉冲放大器(OPCPA)是目前得到高功率超短脉冲激光的常规技术手段。

光参量放大(OPA，Optical Parametric Amplifiers)的基本工作原理是由频率为ωp的泵浦光提供能量，以非线性晶体为介质，对频率为ωs的信号光进行放大，同时得到第三种频率为ωi的闲频光(ωp>ωs、ωp＝ωs+ωi)。在常规飞秒光学参量放大器中，泵浦光与信号光均为傅氏变换极限的飞秒脉冲激光，相互作用的泵浦光和信号光在非线性晶体中的群速度失配(GVM，Group velocity mismatch)限制了非线性作用的有效长度，造成较低的能量转换效率。虽然可以通过增加泵浦光的光强来弥补有效长度不足的缺点，但泵浦光的峰值光强受非线性晶体损伤阈值的限制，依然无法直接得到高功率的超短脉冲激光。为了解决这个问题，光参量啁啾脉冲放大技术被提出，通过对信号光啁啾展宽，得以在不损伤非线性晶体的前提下，使用大能量的皮秒或者纳秒脉冲激光为泵浦光，避免了群速度失配的影响；但由于非线性晶体的色散，仍难以实现单级光参量放大的宽带宽相位匹配，造成偏离中心波长的频谱分量无法得到充分的放大，限制了输出超短脉冲激光的极限带宽。

发明内容

本发明提供一种双啁啾频谱光参量放大器及放大方法，旨在提供一种能够产生、放大长波长超短脉冲激光的光参量放大器，来解决常规飞秒光参量放大器受限于晶体阈值与群速度失配，以及常规光参量啁啾脉冲放大器难以实现单级宽带光参量放大，从而不能得到长波长的超短脉冲激光的问题。

本发明提供了一种双啁啾频谱光参量放大器，包括：飞秒激光器组件、第一输入光栅、第二输入光栅、第一输入准直透镜、第二输入准直透镜和光学耦合镜，还包括沿光路方向依次放置的扇形的周期性极化晶体、分光镜、输出准直透镜和输出光栅；

所述飞秒激光器组件用于产生时间同步的两路飞秒脉冲激光，包括泵浦光和信号光，其中，所述泵浦光依次经过所述第一输入光栅和第一输入准直透镜，并入射至所述光学耦合镜，所述信号光依次经过所述第二输入光栅和第二输入准直透镜，并入射至所述光学耦合镜，入射的所述泵浦光及所述信号光由所述光学耦合镜耦合到一起，其中，所述泵浦光和所述信号光的不同频谱分量线性地分散聚焦在各自的焦点，并在各自的焦点所在的焦平面呈频率变化率符号相反的空间啁啾；