[发明专利]一种高效率光参量放大方法及装置

说明书

本发明公开了一种高效率光参量放大方法及装置，属于超快激光技术领域。本发明首先对飞秒泵浦光与飞秒种子光做展宽处理，然后利用级联的β‑BaB₂O₄(BBO)晶体进行放大。展宽后的泵浦光与信号光同步共线入射到第一块BBO晶体，产生放大的信号光和闲频光，在BBO晶体后加带阻滤光片将信号光滤除，透过的泵浦光与闲频光输入第二块BBO晶体内进行进一步放大，如此反复。每一级放大后均采用带阻滤光片滤除信号光，仅保留泵浦光与闲频光。本发明通过滤除每一级放大后的信号光脉冲，有效地抑制了光参量放大中的能量逆转换，显著提高了系统的能量转换效率，有助于在光参量放大器中获取高能量的闲频光脉冲。

技术领域

本发明属于超快激光技术领域，具体涉及一种高效率光参量放大方法及装置。

背景技术

高能量的飞秒激光脉冲在超快光学、非线性光学及强场激光物理等领域有着广泛的研究和应用前景。钛蓝宝石(Ti：Sapphire)是目前可以产生飞秒脉冲激光的最主流宽带增益介质，还无法找到另一种性能上可与其比拟的增益介质。因此当前高能飞秒脉冲激光的产生波段基本被限制在可见至近红外的狭小区域内，这大大限制了其应用范围，所以需要将超短激光脉冲的产生波段进行拓展。而光参量放大(Optical ParametricAmplification，OPA)因其增益带宽大、可调谐范围广、几乎没有热效应累积等优点，成为了将近红外飞秒激光的频率下转换至中红外波段、输出高能量超短脉冲的首选方案。超短高能量中红外激光脉冲将开辟强激光与物质相互作用领域中迄今很少探索过的参量空间，从而为人们开拓新效应和新应用提供新机遇。

光参量放大，即高强度泵浦光与低强度种子光进行差频作用得到一束新的频率的闲频光，这一过程中需满足能量守恒和相位匹配。一般，在三束光耦合区域，当泵浦光强度大于信号光和闲频光时，能量会由泵浦光转移至后者，即对两个脉冲实现放大；而当放大到一定程度后，信号光和闲频光的强度超过泵浦光，能量则会以相反方向传递，即发生能量逆转换。此时往往泵浦光还有大量的能量未被转换。这就限制了参量放大系统的转换效率，不利于产生其他波段的高能飞秒脉冲。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的提供了一种高效率光参量放大方法及装置，其目的在于通过滤除放大所得的信号光脉冲，抑制参量过程中的能量逆转换，从而提高光参量放大器的能量转换效率。

本发明提供了一种高效率光参量放大方法，该方法包括以下步骤：

(1)产生飞秒脉冲，并将所述飞秒脉冲分为能量不同的两束光，一束光作为飞秒泵浦光，另一束光作为飞秒种子光；

(2)将所述飞秒泵浦光进行展宽后获得啁啾泵浦光，将所述飞秒种子光进行展宽后获得啁啾种子光；

(3)将所述啁啾泵浦光和所述啁啾种子光分别进行准直后同步共线入射到第一非线性晶体内进行第一级光参量放大，获得衰减的泵浦光、放大的信号光和放大的闲频光；

(4)滤除所述信号光后将泵浦光和闲频光共同输入至后一块非线性晶体内进行第i级光参量放大，获得进一步衰减的泵浦光、进一步放大的信号光和进一步放大的闲频光；其中，i为大于等于2且小于等于N的整数；

(5)当进行N级光参量放大后利用长波通滤光片滤除泵浦光和信号光，获得纯净的飞秒级脉宽且毫焦级高能量的闲频光脉冲；其中，N为大于2的正整数。

更进一步地，在步骤(1)中，能量高的一束光作为飞秒泵浦光，能量低的一束光光经过种子光产生装置产生飞秒种子光。

更进一步地，在步骤(4)中，利用带阻滤光片滤除所述信号光，所述带阻滤光片的滤光波段为信号光波段。因此信号光被滤除，次级放大中的能量逆转换过程被抑制，确保了泵浦光能量向闲频光的有效转化。

更进一步地，N个非线性晶体的厚度均需满足：每一级中的非线性晶体均使闲频光能量达到接近饱和。