單晶體可調諧寬帶非共線飛秒光參量放大方法及裝置的製作方法

2023-07-01 02:42:41 2

專利名稱：單晶體可調諧寬帶非共線飛秒光參量放大方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於單晶體的可調諧寬帶非共線飛秒光參量放大方法及裝置。
技術背景超短雷射脈衝技術在物理學、化學、生物學、醫學研^M娥術領域中具有廣泛 而特殊的應用。超短激^i;ic衝技術發展mm，其產生的超短雷射脈衝脈寬越來越寬，強 度^*越高。超決過程的研究經常需要可調諧的超短雷射脈衝，從紅外到可見光波段可 調諧的飛秒雷射脈衝，可用於研究非線性光學、超決時間辨J恍譜學和固體、液體中的 超快過程。光參量放大即是獲得從紅外到可見光波段可調諧的飛秒激;)fcE衝的最方便、 最可靠的方法之一。非共線光鍾放大會鏟生高質量糾纏態光場，可用於完戱Q衞正理 論上已提出的量子通訊的實驗方案，如量子離物傳態、量子密集編碼以及量子糾錯等。傳統共線光參MM大，相位匹配剝牛下可滿足中心波長處的抽運光、信號光和閒頻 光，《M)(寸於超短激^E衝、尤其是飛秒脈衝，激^E衝具有很寬的頻譜，在#*31程中 4賄部分頻率分量不能滿足相位匹配剝牛造成的增益下降。由於共線方式只能使信號光 和抽運光在較窄的光譜範圍內實現相位匹配，因此放大後信號光的光譜窄化，從而影響 到轉化效率和輸出脈衝的寬度。超短脈衝非共線光#*放大，具有擴展共線參量變化的可調諧性。通過引入非共線 角，可以有效地補償參量光波的分離，M^參量光波間的群速失配，增加有$組作用長 度，從而增加轉化效率。超矢1^衝的##1大過程中，翻非共線互作用的方式可以實 現信號光和閒頻光的群速度匹配，且能大娥加# 光的接收角，因此可以獲得極寬的 增益帶寬，實現高增益。傳統的非共線光參1^大錢，主要包括l姓石再^^大雷射系統、二次諧波產生、 超遊賣譜產生和iW:i-2mmtypel偏硼酸鋇(BBO)非緣性晶體的光鍾放大四部分， 輸出從可見光到近紅外光的可調諧"J育糧，可艦二 効夂大階^^大會遣。傳統的非 共線光參量放大^*^用兩±央非線性晶體BBO， 一±細於對泵浦光源輸出光產生倍頻效 應，一i細於光參量放大。存在的主要缺點是結構相對H體積較大，兩±央非線性 晶體BBO裝配匹酉激複雜，成賴高。
發明內容
本發明的目的在於Jif共一種單晶體可調諧寬帶非共線飛秒光參量放大方法及裝置， 其解決了背景技術中結構複雜，成本較高的技術問題。 本發明的技術解決方案是一種單晶體可調諧寬帶非共線飛秒光參*^文大方法，其牛tte處在於該方法的實 現步驟包括(1) 將泵浦源輸出的光通過玻璃片GP分成兩束；(2) 較弱的一束反射^il^竟Ll後，聚焦至產^S連續譜的晶體S,形戱急定 的白光；再經準直纖L2準直，淑全反鏡M2，入射至非線性晶體BBO，形戱參 量放大的水平方向偏振的信號光；(3) 較強的一^itl^Ma3S鏡L3，經皿器CC延遲至與信號光同步，入射至 非線性晶體BBO，在非線性晶體BBO內倍頻後，轉變為豎直方向偏振的抽運光；(4) 入射至非線性晶體BBO內的抽運光與信號光糊哄線夾角為3±0. 5° ，抽運 光與信號光產生第I類相位匹配糊哄線光鍾放大，同日中滿足倍頻相位匹配角糊哄 線光參量放大相位匹配角的信號光被放大；(5) 根據設計要求微調非線性晶體BBO的相位匹配角，同時調諧抽運光和信號光 之間的延遲，得到信號光的設計要求頻率成分的光參量放大。±^^準直纖L2準直的白光，以M:銀鏡M、銀鏡M'反射後入射至全反鏡 M2為宜。± 51玻璃片GP分出的邀寸光一般佔泵浦源輸出光的95-94%， Mii玻璃片GP 分出的反射光一般佔泵浦源輸出光的5-6%。JtM產CT連續譜的晶體S可採用白寶石、氟化,丐片^子晶體光纖。當產4M^ 衝普的晶體S採用光子晶體光纖時，fflil鵬片GP分出的蹄光應經衰減片衰販再 入射至纖L1。一種實HM單晶體可調諧寬帶非共線飛秒光參量放大方法的體，包括接頓浦 源輸出光的玻璃片GP，其特te處在於，該 還包括設置於玻璃片GP 3SltJt5各上 的纖L3， Sil全反鏡M3接i^il竟L3輸出光的艦器CC; i體於玻璃片GP蹄光 路上的透鏡L1，設置於itf竟Ll輸出光路上的產生超ii^賣譜的晶體S，設置於產生超連 續譜的晶體S輸出，上的準直透鏡L2，設置於準直itl竟L2輸出光路上的全反鏡M2， 全反鏡M2同時位於延遲器CC的輸出光路上；接收準直邀tL2輸出的經全反ltM2的M"光、延遲mr輸出的經全反flM2的反射光的
非線性晶體BBO。上述準直透鏡L2與全反鏡M2之間以設置將準直透鏡L2輸出光反射至全反鏡M2的 銀ltM及銀IIM,為宜。上述玻璃片GP與透llLl之間以設置全反flMl為宜。上述產生超連續譜的晶體S設置於邀竟L1之間準直邀泉2，所述產，連續譜的晶 淋足BfltLl焦距處的距獻l為—1《Xl《l腿，郎1^0;戶腐產頓纖譜的晶體S 距準直透鏡L2焦距處的距離X2為一l《X2《lmm，且X2-0。戰產4^連續譜的晶體S可釆用白寶石、氟化牽丐片或光子晶體光纖等。戶腿的產 4^i續譜的晶體S採用光子晶體光纖時，M片GP分出的反射光路上應設置衰減片。本發明具有以下優點本發明採用單晶體產生光參量放大，結構簡單，裝配簡單，體積小，成本低。


圖1為本發明的結構原理圖。附圖標號說明GP-,片，M-銀鏡，M'-銀鏡，Ml-全反鏡，M2-全反鏡，M3-全反鏡，L1-3S竟，L2-準直3SI竟，L3-透鏡，CC-延遲器，BBO非線性晶體，S-產頓 連續譜的晶體。 具體實1 式本發明以非線性晶體BBO作為放大介質，二次諧波和光#*放大發生在同一個非 線性晶體中，掛共lU脈衝能量，寬帶調i辭俞出，光譜帶寬可達26nm以上，信號光調諧 輸出範圍為475nm 595nm。 BBO晶體旨g鎌益一般為1 5醒，以2 3麵為宜，以 2 mm為佳。本發明實施例中的泵浦源採用千赫茲高功率IS石雷射系統，系 出的超短脈衝: 重複頻率為lKHz，脈衝寬度40fs，中心波長800nm，單脈衝育糧300uJ，帶寬37nm。 二階非線性介質採用5mmP -BBO晶體，切割角6 =29. 2° 。參見圖1，本發明單晶體可調諧寬制哄線飛秒光參量放大裝置如下 玻璃片GP設置T^浦源的輸出光路上，玻璃片GP的邀寸 上設置有透鏡L3， 纖L3的輸出^M31全反鏡M3礎到5SS器CC。鵬片GP的反射^^全反鏡Ml 反射的光路上設置有透鏡L1，透鏡L1輸出的光經產生,續譜的晶體S後的輸出光路 上設置有準直透鏡L2。產生超i^賣譜的晶體S位於透鏡Ll之間準直3tf竟L2，產生超連 續譜的晶體S的設置應面足的剝牛是產4M連續譜的晶體S距透鏡Ll焦距處的距離XI為一1《X1《1腿，且X1^0;產^lg^續譜的晶體S距準直透鏡L2焦距處的距離X2為一1《X2《lmm，且X2-0。準直3tl竟L2的輸出^^銀鏡M及銀鏡M'反射後，反射到全反鏡M2。全反鏡M2同 時位於Mifi器CC的輸出5fc^上。非線性晶體BBO位於由準直透鏡L2輸出的經全反鏡 M2邀寸的邀寸光路上，同時^f立於Eia器CC輸出的經全反鏡M2 g的SI^^各上。產 ^g連續譜的晶體S可採用白寶石、2mm的氟化f丐片或5、 6cm的光子晶體光纖。產生 超連續譜的晶體S採用光子晶體光纖時，玻璃片GP分出的反射光路上應設置衰減片。 參見圖1，本發明單晶體可調諧寬帶非共線飛秒光參量放大方法如下(1) 泵浦源輸出的光經過玻璃片GP後分成反射光和JIIM光。(2) ffi31自片GP分出的，光佔泵浦源輸出光的5 6X，會^M^勺5 6uJ，通 過焦距為100mm的3fl竟Ll後聚焦到2mm的產生超連續譜的晶體S，產生穩定的白光， 產頓連續譜的晶體S為白寶石。再經過焦距為50mm的準直iil竟L2準直，鄉S1銀鏡 M、銀鏡M,反射後，艦全反鏡M2，入射到非線性晶體BBO，形^)fe參S^大的7jC 平方向偏振的信號光。非統性晶體BBO，是負戦由第I類相位匹配。(3) il31玻璃片GP分出的邀寸光佔泵浦源輸出光的95 94X，育糧約290uJ， 艦焦距為550醒的透鏡L3，再經延遲器CC延遲至與信號光同步後，入射到非線性 晶體BBO。泵浦光輸出的中心波長為80〔)腿的光先在非線性晶體BBO之前幾百!絲處 發生倍頻作用，然後轉化為中心波長400nm的抽運光，抽運光為豎直偏振光。(4) 入射至排線性晶體BBO內的抽運光與信號光的非共線夾角為3° ±0.5° ， 抽運光與信號光產生第I類相位匹配的非共線光參量放大，同時滿足倍頻相位匹配角和 非共線光參量放大相位匹酉確的信號光l戱文大。抽運光與信號光在非線性晶體BBO內 發生光參量放大作用，即千赫茲高功率,姓石雷射系鄉m出的中心波長為800nm的泵 浦光，在非線性晶體BBO內先倍頻，轉變為豎直方向偏振的光作為抽運光，再與fiA 的7jC平方向偏振的信號光產生第I類相位匹配的非共線光參量放大。(5) 根據設計要求微調非線性晶體BBO的相位匹配角，同時調諧抽運光和信號光 之間的延遲，則得至瞻號光的設計要求頻率成分的光參量放大，實現波長可調諧的放大。當產^g連續譜的晶體S採用光子晶體光纖時，艦鵬片GP分出的較弱的一束 反射光經玻璃片GP分出的反射光要經衰減片衰 入射至透鏡Ll o
權利要求
1. 一種單晶體可調諧寬帶非共線飛秒光參量放大方法，其特徵在於該方法實現步驟包括(1)將泵浦源輸出的光通過玻璃片GP分成兩束；(2)較弱的一束反射光通過透鏡L1後，聚焦至產生超連續譜的晶體S，形成穩定的白光；再經準直透鏡L2準直，透過全反鏡M2，入射至非線性晶體BBO，形成光參量放大的水平方向偏振的信號光；(3)較強的一束透射光通過透鏡L3，經延遲器CC延遲至與信號光同步，入射至非線性晶體BBO，在非線性晶體BBO內倍頻後，轉變為豎直方向偏振的抽運光；(4)入射至非線性晶體BBO內的抽運光與信號光的非共線夾角為3±0.5°，抽運光與信號光產生第I類相位匹配的非共線光參量放大，同時滿足倍頻相位匹配角和非共線光參量放大相位匹配角的信號光被放大；(5)根據設計要求微調非線性晶體BBO的相位匹配角，同時調諧抽運光和信號光之間的延遲，得到信號光的設計要求頻率成分的光參量放大。
2. 根據權利要求1戶脫的單晶體可調諧寬制哄線飛秒光參S^大方法，期射正在 於戶，的經準直邀竟L2準直的白光，M銀鏡M、銀鏡M'反射後，入射至全反鏡 M20
3. 根據權利要求1或2戶脫的單晶體可調諧寬制哄線飛秒光參量放大方法，欺寺 徵在於ff^iM，片GP分出的邀寸光佔泵浦源輸出光的95-94%， M31,片GP 分出的反射光佔泵浦源輸出光的5-6%。
4. 根據權利要求1或2戶腿的單晶體可調諧寬制哄線飛秒光錄放大方法，其特徵在於戶脫的產頓連續譜的晶體S為白寶石、氟化轉片就子晶體光纖；當產頓連續譜的晶體S採用光子晶體光纖時，i!31玻璃片GP分出的較弱的一束反射光經玻璃 片GP分出的反射光經衰減衰M/g入射至透鏡Ll 。
5. —種實鵬又利要求1戶艦單晶體可調諧寬制哄線飛秒光參量放大方法的錢， 包括掛嫁浦源輸出光的玻璃片GP，其特徵在於，該裝置還包括設置於自片GP透 射^^各上的透鏡L3， ilil全反鏡M3接收透鏡L3輸出光的，器CC;設置於玻璃片 GP反射光路上的透鏡L1，設置於透鏡L1輸出光路上的產，連續譜的晶體S，設置於 產生超i^賣譜的晶體S輸出 上的準直透鏡L2，設置於準直透鏡L2輸出光路上的全 反鏡M2;接收準直透鏡L2輸出的經全反鏡M2的邀寸光、，器CC輸出的經全反鏡M2的反射光的非線性晶體BBO;所述的全反鏡M2同時位於Sifi器CC的輸出光路上。
6. 根據權利要救戶艦的單晶體可調諧寬帶非共線飛秒光參量放大裝置，其特徵在 於所述的準S3tltL2與全反ltM2之間設置有糊隹直JtltL2輸出光反射至全反!tM2的銀ltM及銀,tM'。
7. 根據權利要求5或6戶，的單晶體可調諧寬帶非共線飛秒光參量放大裝置，其特徵 在於所述的玻璃片GP與3t^Ll之間設置有全反鏡Ml。
8. 根據權利要求7戶脫的單晶體可調諧寬制哄線飛秒光參量放大裝置，其特徵在 於所述的產^li連續譜的晶體S設置於透鏡Ll之間準直透ltL2，所述產CT連續譜的 晶體SS隨ltLl焦距處的距離Xl為一1《Xl《lmm，且X1^0;戶脫產頓i^賣譜的晶 體S距準直透ltL2焦距處的距離X2為一1《X2《1匪，監2#0。
9. 根據權利要求8戶誠的單晶體可調諧寬制哄線飛秒光參M^大體，其特徵在 於所述的產生超遊賣譜的晶體S為白寶石、氟化f丐片^子晶體光纖；所述的產， 連續譜的晶體S為光子晶體光纖時，玻璃片GP分出的反射光路上設置有衰減片。
全文摘要
一種單晶體可調諧寬帶非共線飛秒光參量放大方法及裝置，其將泵浦源輸出的光通過玻璃片GP分成兩束一束反射光經透鏡L1後聚焦至產生超連續譜的晶體S，再經準直透鏡L2準直，透過全反鏡M2，入射至非線性晶體BBO，形成光參量放大的水平方向偏振的信號光；另一束透射光通過透鏡L3，經延遲器CC延遲至與信號光同步，入射至非線性晶體BBO內倍頻後，轉變為豎直方向偏振的抽運光。抽運光與信號光經非線性晶體BBO產生第I類相位匹配的非共線光參量放大，同時滿足倍頻相位匹配角和非共線光參量放大相位匹配角的信號光被放大。本發明解決了背景技術結構複雜、成本較高的技術問題。本發明裝配簡單，體積小，穩定性好。
文檔編號G02F1/35GK101211088SQ200610105338
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月28日 優先權日2006年12月28日
發明者侯米娜, 劉紅軍, 王屹山, 衛 趙 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所