[发明专利]一种高对比度超快激光产生装置与相应的方法

说明书

本发明提供一种超快激光产生装置，包括：种子光源，其利用光参量过程产生种子脉冲；脉冲展宽器，用于将所述种子脉冲在时域上展宽；再生放大器，用于放大所述脉冲展宽器输出的脉冲的能量；以及脉冲压缩器，用于将所述再生放大器输出的脉冲在时域上进行压缩。本发明的超快激光产生装置利用光参量过程产生高时间对比度的种子脉冲，最终得到高时间对比度的超快激光脉冲，结构简单，成本低。

技术领域

本发明属于超快激光技术领域，尤其涉及一种高时间对比度超快激光的产生装置和相应的方法。

背景技术

随着啁啾脉冲放大技术的发展，人们已经可以得到百焦耳量级的超强飞秒激光脉冲，结合超短脉宽，峰值功率超过了PW，聚焦后焦点处的功率密度达到了10²²W/cm²。在这样高的功率密度下，飞秒激光的时间对比度对于强场物理而言至关重要。所谓激光脉冲的时间对比度，是指激光前沿的预脉冲以及各种背景噪声与主脉冲之间的强度比值。

再生放大作为啁啾脉冲放大技术中最常用的高增益放大方式，广泛应用于各种飞秒激光放大器中。由于自发辐射效应(Amplified Spontaneous Emission，ASE)和选频元件有限的消光比等因素，放大激光脉冲不可避免地存在背景噪声，如果没有采取任何其他改善对比度的技术，最后输出的激光的对比度一般只有10^-5～10^-6左右。而且由于自发辐射通常在纳秒尺度，远长于飞秒主脉冲，也会占据一部分能量，如果不进行处理，在后续放大过程中，主脉冲能量在总能量中的占比会进一步降低。

目前，降低再生放大输出脉冲的纳秒背景噪声的方法主要有两类，一类是把再生放大输出的脉冲通过交叉偏振滤波技术过滤其背景噪声，即将再生放大输出的脉冲聚焦至合适的功率密度再通过非线性系数较高的晶体，利用其中的三阶非线性效应来过滤功率密度较低的背景噪声成分，这种方法需要再生放大输出的脉冲尽量接近傅里叶转换极限，需要对再生放大过程进行很好的色散管理；另一类是大能量高对比度种子注入的方法，即对振荡器产生的种子脉冲进行预放大，然后通过可饱和吸收提升种子脉冲的对比度，再注入再生放大器中，利用种子本身时间对比度较高的特性，降低再生放大过程中的背景噪声成分，但这种方法在振荡器与再生放大器之间又添加了预放大和可饱和吸收体两个模块，系统复杂度比较高，成本也更高。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种超快激光产生装置，包括：

种子光源，其利用光参量过程产生种子脉冲；

脉冲展宽器，用于将所述种子脉冲在时域上展宽；

再生放大器，用于放大所述脉冲展宽器输出的脉冲的能量；以及

脉冲压缩器，用于将所述再生放大器输出的脉冲在时域上进行压缩。

根据本发明的超快激光产生装置，优选地，所述种子光源为光参量振荡器。

根据本发明的超快激光产生装置，优选地，所述光参量振荡器包括：

泵浦源，用于产生泵浦光；

非线性晶体，其基于所述泵浦光产生信号光并实现信号光的差频放大；和

谐振腔，所述信号光在所述谐振腔内循环往复。

根据本发明的超快激光产生装置，优选地，所述非线性晶体为三硼酸锂、偏硼酸钡或磷酸二氢钾。

根据本发明的超快激光产生装置，优选地，所述泵浦光的脉宽为飞秒量级。

根据本发明的超快激光产生装置，优选地，所述光参量过程为光参量振荡、差频过程或倍频过程。

根据本发明的超快激光产生装置，优选地，所述再生放大器的增益介质为掺钛蓝宝石或掺镱钇铝石榴石。