[发明专利]光谱整形的频域光参量啁啾脉冲放大装置

说明书

一种光谱整形的频域光参量啁啾脉冲放大装置，包括：皮秒短脉冲光源，空间整形系统，成像系统，宽带光谱产生系统，频域光参量啁啾脉冲放大系统。所述光谱可调的频域光参量啁啾脉冲放大装置的泵浦光和信号光都由皮秒短脉冲光源产生，泵浦光是由光源分束后经过空间整形器产生，信号光是由光源分束后入射到晶体上产生的超连续谱。本发明通过光栅和透镜组成的4f系统将宽带频谱信号光在空间坐标系中展开成薄片，利用空间整形的泵浦光成像在傅里叶变换面上与信号光进行光参量放大，从而实现光谱整形的频域光参量啁啾脉冲放大装置。不仅有效地解决了传统OPCPA方法中存在的诸多问题，而且通过空间可编程整形的泵浦光，能够得到一种新型灵活的光谱整形方案。

技术领域

本发明涉及超宽带啁啾脉冲放大技术，特别是一种光谱整形的频域光参量啁啾脉冲放大装置。

背景技术

OPCPA技术结合了CPA技术和OPA技术的特点，具有增益带宽宽，能量转换效率高，光束质量好，工作介质短，热沉积低，相位畸变低，信噪比高等优点。目前大口径高能10PW级OPCPA系统面临三个主要难题。其一，根据傅里叶变换关系，越短的压缩脉宽意味着更宽的频谱，为实现数十飞秒、能量数百焦耳的超短脉冲放大，考虑到一定的冗余度，要求整个放大系统的增益带宽达到近百纳米量级。随着能量的不断提取，增益窄化效应越来越明显，成为制约超短脉冲放大过程的不可避免的瓶颈。其二，该类装置末级光束口径需达到200mm甚至更大，而且在末级之前也需要口径50mm到100mm不等的放大级，在非共线相位匹配技术下527nm单色泵浦808nm波长处目前单块晶体能实现百纳米增益带宽的只有BBO晶体和YCOB晶体，但是它们受限于材料的生长尺寸，只能用于中小口径放大级，对于百毫米口径放大级仅有DKDP晶体可供选择，但DKDP晶体在该波段的参量带宽46nm不能支持小于20fs的压缩脉冲放大，对于光子周期量级脉冲宽度的10PW级OPCPA系统数来说，增益带宽明显不足，需要探索新型参量放大技术。其三，为了获得近变换极限的周期量级高峰值功率超短脉冲，需要色散补偿光栅对高能量的长脉冲进行压缩，大口径高损伤阈值的光栅的获取成为又一个难题。

发明内容

为了在超短脉冲能量放大的同时兼顾大的增益带宽，规避晶体生长以及光栅损伤阈值等材料方面的局限性，进一步简化装置的复杂性，作为超高峰值功率超短脉冲放大的新的技术储备，本发明提出一种新型光谱整形的频域光参量啁啾脉冲放大装置，通过在傅里叶变换面(FP面) 上将宽带频谱在空间坐标系中展开成薄片，每个频率薄片通过参量晶体的不同位置，从而分别进行OPA放大。放大过程不受限于晶体的相位匹配条件，与传统的时域OPCPA相比，整个增益带宽仅仅取决于参量晶体的数量，而不是单个参量晶体本身的特性，这就意味着晶体的增益带宽和口径大小都不是限制因素。在实现大能量超宽带OPCPA方面具有很多优势，它能够在超短脉冲能量放大的同时兼顾大的增益带宽和灵活的光谱整形方法，不需要展宽压缩装置，而且不受晶体生长以及光栅损伤阈值等材料方面的限制。

本发明的技术解决方案如下：

一种光谱整形的频域光参量啁啾脉冲放大装置，特点在于其构成包括：皮秒短脉冲光源、空间整形系统、成像系统、宽带光谱产生系统和频域光参量放大系统，部件的位置关系如下：

皮秒短脉冲种子源一部进入宽带光谱产生系统作为信号光，进入频域光参量放大系统，另一部分进入空间整形系统作为泵浦光，泵浦光经成像系统成像后，进入频域光参量放大系统，时间同步的信号光和泵浦光在频域光参量放大系统中空间交叠，在傅里叶变换面上进行放大，由于两者来自同一个种子源，等于是零时间抖动的频域光参量放大装置，保证了光参量放大所需的同步精度和整个系统的稳定性。

所述的频域光参量放大系统是由第一光谱色散器件、第一准直器、参量放大组件、第二准直器和第二光谱色散器件构成的对称4f系统，所述的参量放大组件位于4f系统中的傅里叶变换面上；