專利名稱：改善光學參量放大激光系統(tǒng)輸出閑置光束參數(shù)的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學參量放大(OPA)激光系統(tǒng)，特別是一種改善光學參量放大激 光系統(tǒng)輸出閑置光束參數(shù)的裝置，主要適用于紅外載波包絡相位(CEP)穩(wěn)定的光 學參量放大激光系統(tǒng)輸出脈沖的優(yōu)化。
背景技術：
飛秒激光在最近幾十年時間里的快速發(fā)展，為人類充分探索微觀超快現(xiàn)象及研 究強場物理提供了前所未見的實用手段和發(fā)展機遇。高能量的單周期脈沖與物質相 互作用可以產生幾十甚至幾百階的高次諧波，泵浦的脈沖光達到周期量級時，可以 輸出連續(xù)的高次諧波，連續(xù)譜的高次諧波壓縮后可以得到單個阿秒(10—18s)脈沖， 可以探測更快的物質動力學過程，如原子內部電子的運動。阿秒脈沖是開拓阿秒光 譜學、阿秒物理學及阿秒科學技術等的重要工具。周期量級脈沖中描述脈沖的參數(shù)_一載波包絡相位(簡稱為CEP)對與瞬時電場 強度有關的非線性實驗具有決定性的影響，例如高次諧波和阿秒脈沖的產生。CEP 指的是周期量級脈沖包絡最大值和包絡下電場振蕩最大值之間的相對相位，它決定 了脈沖的瞬時電場強度。隨著頻標測量學和阿秒科學等研究的不斷深入，提供CEP 穩(wěn)定的飛秒激光源，已經(jīng)成為當今最前沿的研究內容之一。A. Baltu汰a等人早在2002年就提出了利用差頻產生技術(different frequency generation:簡稱為DFG)或者光學參量放大(OPA)的基本原理來實現(xiàn)超短激光脈 沖CEP的自穩(wěn)定。CEP穩(wěn)定的光可以直接通過DFG過程產生，進而再通過OPA過程將 其方文大。C. Vozzi等人在文章"Characterization of a high-energy self-phasestabilized near-infrared parametric source"(J. Opt. Soc. Am. B/Vol. 25， No. 7/July 2008)中，給予 DFG技術得到紅外CEP穩(wěn)定的激光源，并將其應用于高次諧波產生，將截止能量推到 了更高水平。但是由于DFG過程受到了成絲展寬的光譜限制，輸出激光調諧范圍不是 很寬。另外，在OPA過程中，當信號光和泵浦光來源于同一臺激光器時，它們的CEP 是同步的，于是由于閑散光的CEP與前二者CEP之差有關，OPA產生的閑散光脈沖的CEP就是泵浦光和信號光的相位差，為常數(shù)，是天然穩(wěn)定的。但是由于閑置光的光 斑很差，并有很大的空間啁啾，通過OPA產生的CEP穩(wěn)定的紅外激光至今都未應用 于高次諧波產生。發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于解決基于0PA技術產生的CEP穩(wěn)定的紅外激光不能應用于高 次諧波等實驗所存在的問題，提出一種改善OPA激光系統(tǒng)輸出閑置光束參數(shù)的裝置， 使其應用于高次諧波產生，乃至阿秒產生。 本發(fā)明的技術解決方案如下一種改善OPA激光系統(tǒng)輸出閑置光束參數(shù)的裝置，在輸入超短參量放大激光的 光路上依次設置第一聚焦透鏡、空心光波導和第二聚焦透鏡。第一聚焦透鏡、空心 光波導和第二聚焦透鏡的光軸方向與入射光方向相同，第一聚焦透鏡將入射光束聚 焦到空心光波導中，第二聚焦透鏡將空心光波導輸出光束準直。所述的空心光波導(2)是石英空心光纖。所述的第一聚焦透鏡的焦距與空心光波導的通光孔徑大小，按照以下公式匹配-D=3. 66*f" /d其中D為空心光波導的通光口徑， f為第一聚焦透鏡的焦距， 入為入射光波長， d為入射光束光斑的直徑。本發(fā)明利用空心光波導，使OPA脈沖形成新的激光模式(基模)，從而改善OPA 系統(tǒng)輸出激光光斑質量，減少空間啁啾，以及利用空心光波導提高OPA激光的指向 性，從而減少環(huán)境對OPA系統(tǒng)輸出的激光CEP的影響，降低OPA系統(tǒng)CEP抖動， 經(jīng)分析表明本發(fā)明的優(yōu)點是1、 本發(fā)明裝置可有效改善光束質量，提高激光聚焦能力。2、 本發(fā)明裝置可有效降低入射光束的角色散，可將OPA光束的角色散降低到可 忽略的水平。3、 本發(fā)明裝置不僅不會影響入射光束的CEP穩(wěn)定，而且提高光束的指向性，從 而進一步提高光束的CEP穩(wěn)定度。4、 本發(fā)明裝置可應用不同波長，不受波長的限制，可應用于波長調諧系統(tǒng)。5、本發(fā)明裝置的結構簡單，元件少，操作簡單，易于調節(jié)。


圖1為本發(fā)明改善OPA激光系統(tǒng)的輸出閑置光束參數(shù)的裝置的結構示意圖。圖2為應用本發(fā)明的光學參量放大激光系統(tǒng)結構的示意3為現(xiàn)有光學參量放大激光系統(tǒng)的輸出激光的空間啁啾4為使用本發(fā)明裝置的光學參量放大激光系統(tǒng)的輸出激光的空間啁啾5為使用本發(fā)明裝置的光學參量放大激光系統(tǒng)的輸出激光CEP性能圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護 范圍。先請參閱圖1,圖1為本發(fā)明改善OPA激光系統(tǒng)的輸出閑置光束參數(shù)的裝置的 結構示意圖。由圖可見，本發(fā)明改善光學參量放大激光系統(tǒng)輸出閑置光束參數(shù)的裝 置，其特點是在輸入超短參量放大激光的光路上依次設置第一聚焦透鏡1、空心光 波導2和第二聚焦透鏡3，所述的第一聚焦透鏡l、空心光波導2和第二聚焦透鏡3 的光軸方向與入射光方向相同，所述的第一聚焦透鏡1將入射光束聚焦到所述的空 心光波導2中，所述的第二聚焦透鏡3將所述的空心光波導2的輸出光束準直。 圖2為未應用本發(fā)明裝置的光學參量放大激光系統(tǒng)結構的示意圖， 原光學參量放大激光系統(tǒng)的入射光束的波長/l。-800rim，光束分為三部分，其中一部分光束用于超連續(xù)譜產生，其余兩光束用于泵浦兩級參量放大級。超連續(xù)譜在 第一參量放大級被放大，并產生相應的閑置光，閑置光在第二參量放大級中得到放 大，由于采用了第一放大級輸出的閑置光作為第二放大級的信號光，光學參量放大 系統(tǒng)最終輸出光束有很大的空間啁啾，并且光束質量差。將本發(fā)明裝置設置在圖2激光系統(tǒng)的兩級參量放大級之間，將第一參量放大級 輸出的閑置光進行優(yōu)化，然后再輸入第二參量放大級進行放大?？臻g啁啾及光束質 量都得到改善。應用本發(fā)明的光學參量放大激光系統(tǒng)的輸出激光的聚焦光斑為完美的高斯型分 布，圖3與圖4分別為未使用本發(fā)明裝置與使用本發(fā)明裝置的光學參量放大激光系 統(tǒng)的輸出激光的空間啁啾圖，圖5為測得的使用本發(fā)明的裝置光學參量放大激光系統(tǒng)的輸出激光CEP性能圖，1.8微米激光10分鐘內CEP抖動量為0.103弧度，從圖 3、圖4和圖5可以看出，本發(fā)明裝置的應用大大提高了光學參量放大激光系統(tǒng)輸出 激光的性能。使用本發(fā)明裝置的光學參量放大激光系統(tǒng)已經(jīng)應用于高次諧波產生， 并將截止能量推到更高水平。。本發(fā)明解決了基于OPA技術產生的CEP穩(wěn)定的紅外激光不能應用于高次諧波等 實驗所存在的問題，使其應用于高次諧波產生實驗，為阿秒產生實驗等物理實驗提 供的更廣泛的光源選擇。
權利要求
1、一種改善光學參量放大激光系統(tǒng)輸出閑置光束參數(shù)的裝置，其特征是在輸入超短參量放大激光的光路上依次設置第一聚焦透鏡(1)、空心光波導(2)和第二聚焦透鏡(3)，所述的第一聚焦透鏡(1)、空心光波導(2)和第二聚焦透鏡(3)的光軸方向與入射光方向相同，所述的第一聚焦透鏡(1)將入射光束聚焦到所述的空心光波導(2)中，所述的第二聚焦透鏡(3)將所述的空心光波導(2)的輸出光束準直。
2、 根據(jù)權利要求1的所述的改善光學參量放大激光系統(tǒng)輸出閑置光束參數(shù)的裝 置，其特征在于所述的空心光波導(2)是石英空心光纖。
3、 根據(jù)權利要求1的所述的改善光學參量放大激光系統(tǒng)輸出閑置光束參數(shù)的裝 置，其特征在于所述的第一聚焦透鏡(1)的焦距、空心光波導(2)的內徑大小與 光斑大小，波長相匹配，D=3.66*f*Vd其中D為空心光波導的通光口徑，f為第一聚焦透鏡的焦距，入為入射光波長， d為入射光束光斑的直徑。
全文摘要
一種改善光學參量放大激光系統(tǒng)輸出閑置光束參數(shù)的裝置，是在輸入超短參量放大激光的光路上依次設置第一聚焦透鏡、空心光波導和第二聚焦透鏡，所述的第一聚焦透鏡、空心光波導和第二聚焦透鏡的光軸方向與入射光方向相同，所述的第一聚焦透鏡將入射光束聚焦到所述的空心光波導中，所述的第二聚焦透鏡將所述的空心光波導的輸出光束準直。本發(fā)明通過空心光波導修整紅外脈沖模式，優(yōu)化光學參量放大激光系統(tǒng)輸出參數(shù)，進一步提高了光束的載波包絡相位的穩(wěn)定度。具有操作簡單，易于調節(jié)，效果明顯的優(yōu)點。
文檔編號G02F1/35GK101576698SQ200910053209
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月17日 優(yōu)先權日2009年6月17日
發(fā)明者冷雨欣, 張春梅, 徐至展, 李儒新, 王建良, 黃延穗 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所