專利名稱：使用三階色散啁啾的用于雙光譜光參量啁啾脈沖放大(opcpa)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及光參量啁，秋脈沖》丈大(OPCPA, Optical Parametric Chirped Pulse Amplification )裝置，且更具體i也，本發(fā)明 涉及這樣一種OPCPA裝置，該裝置使得波長(zhǎng)帶寬以及能量放大系 數(shù)加倍，從而不僅補(bǔ)償了光鐠損失，而且還獲得了具有小于原始信 號(hào)脈沖寬度的臨時(shí)脈沖寬度的激光。
背景技術(shù)：
l(T15秒)范圍內(nèi)的波段中的超短波鎖才莫(ultrashort mode-locked )激 光源放大到數(shù)百飛秒。OPCPA是將傳統(tǒng)啁嗽脈沖放大(CPA)技術(shù) 與光參量放大(OPA)的概念結(jié)合起來的一種新的光放大技術(shù)，并 且是近來已^皮積才及探究的激光力文大技術(shù)。
在傳統(tǒng)的OPCPA裝置中，首先將采用長(zhǎng)波長(zhǎng)在前型 (preceding-type,領(lǐng)先型)啁，秋(由逆(反)平行光柵對(duì)施加的正 啁啾)的逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)應(yīng)用于光脈沖展寬器，并且在放大完 成后，將采用短波長(zhǎng)在前型啁嗽(由逆平行光柵對(duì)施加的負(fù)啁啾) 的平行衍射光柵結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于光脈沖壓縮器，以-f吏在光脈沖展寬器 中出現(xiàn)的脈沖的臨時(shí)展寬得以補(bǔ)償。參照?qǐng)D1至圖4詳細(xì)描述這才羊的OPCPA裝置。
圖la是傳統(tǒng)OPCPA裝置的簡(jiǎn)單圖表，且圖lb是示出了圖la 的OPCPA裝置的構(gòu)造的詳細(xì)^L圖。
參照?qǐng)Dla和圖lb,傳統(tǒng)OPCPA裝置包括光月永沖展寬器10、 泵浦光注入(pump-injection)分色鏡80、泵浦〖敫光器20、光參量 放大(OPA )單元30、泵浦光去除(pump-removal)分色4竟40、束 流收集器50、以及光力永沖壓縮器60。
光月永沖展寬器10通過改變每個(gè)頻率的激光的光程(optical path,光路)而臨時(shí)展寬激光。也就是說，光脈沖展寬器10將超短 波激光器的輸出光線的脈沖寬度(脈沖持續(xù)時(shí)間)從數(shù)飛秒(fs; 10—。秒)/數(shù)十皮秒(ps; 10—12秒)的初始波段展寬到數(shù)百皮秒(ps; 10—12秒)/幾毫微秒(ns; 10—9秒)的展寬波段(關(guān)于這項(xiàng)技術(shù)，參 考一皮設(shè)計(jì)用來實(shí)現(xiàn)有效的光》文大且避免對(duì)于光學(xué)部件的損害的相 關(guān)CPA技術(shù))。
在這種情況下使用且設(shè)置在放大階,殳的在先階段中的光脈沖 展寬器根據(jù)波長(zhǎng)實(shí)施分散作用(dispersion),并作為空間分散(光 程長(zhǎng)度差異)的結(jié)果展寬臨時(shí)的脈沖寬度(臨時(shí)脈沖持續(xù)時(shí)間)， 這也一皮稱作月永沖啁口秋。
在本說明書中，光脈沖展寬器10的輸出光線,皮簡(jiǎn)稱為"信號(hào)"。
在傳統(tǒng)OPCPA裝置中，光線穿過上述光脈沖展寬器，并且因 而輸出臨時(shí)啁褲火信號(hào)(長(zhǎng)波長(zhǎng)在短波長(zhǎng)之前)，如圖4中所示。
泵浦激光器20是用于提供泵浦激光(也被簡(jiǎn)稱作"泵浦光") 的裝置。
9泵浦光注入分色鏡80是用于接收泵浦光和4言號(hào)并將泵浦光和 信號(hào)傳輸至下一級(jí)(OPA單元)的裝置。
OPA單元30使用泵浦光將信號(hào)放大，并產(chǎn)生閑頻信號(hào)(idler )。 因此，根據(jù)能量守恒泵浦光自身衰減至相應(yīng)程度。
因此，OPA單元的輸出光包括泵浦光、；故大的信號(hào)以及閑頻信
才艮據(jù)泵浦光與4言號(hào)之間的相位匹配結(jié)構(gòu)(phase matching configuration )，光參量》文大謬皮分為共線相^f立匹配和非共線相^立匹酉己。 當(dāng)在非共線相位匹配結(jié)構(gòu)中適當(dāng)?shù)剡x擇設(shè)計(jì)條件時(shí)，可獲得比共線 相位匹配更寬的增益帶寬。因此，在進(jìn)行寬帶光參量放大(寬帶 OPA)時(shí)，通常^f吏用非共線相位匹配。在這種情況下，由于才艮據(jù)波 長(zhǎng)的角色散導(dǎo)致難以隨后使用閑頻信號(hào)，因此使用束流收集器去除 閑頻信號(hào)。
泵浦光去除分色4竟40將OPA單元30的輸出光分離為4言號(hào)和 剩余光(閑頻信號(hào)和泵浦光)，并改變其光路。
例如，泵浦光去除分色鏡40反射信號(hào)、使得閑頻信號(hào)和泵浦 光從中穿過、并且使用束流收集器50去除穿過的閑頻信號(hào)和泵浦光。
通常，由于從超短波激光振蕩器自身中發(fā)射出的輸出光線每一 脈沖具有非常少量的能量，因此輸出光線通過多級(jí)放大(OPA)裝
置進(jìn)行放大。在這種情況下，；改大裝置包括泵浦激光器21和22、 OPA單元 31和32、泵浦光去除分色4竟41和42、以及束流收集器51和52。 提供多個(gè)放大裝置，因此可獲得具有期望強(qiáng)度的信號(hào)。
如上所述的，當(dāng)執(zhí)行了將信號(hào)放大至期望強(qiáng)度時(shí)，使用光脈沖 壓縮器60最終執(zhí)行臨時(shí)壓縮。
參考標(biāo)號(hào)71至74是用于改變光線(束)路徑的光路改變鏡。
圖2a至圖2d是示出了傳統(tǒng)OPCPA裝置的光脈沖展寬器的構(gòu) 造的視圖，其中圖2a示出了逆平行衍射光斥冊(cè)結(jié)構(gòu)(折射型)、周2b 示出了逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)(反射型)、以及圖2c和圖2d示出了 逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)(Offner三重型)的平面圖和側(cè)視圖。
首先，參照?qǐng)D2a，折射型的衍射光柵結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)衍射光柵(分 別稱作"第一衍射光柵"和"第二衍射光4冊(cè)")111和112、兩個(gè)透 鏡113和114、以及單個(gè)屋脊4竟115。
屋脊鏡115用于在不同的高度下反射入射光。
下面描述折射型的衍射光柵結(jié)構(gòu)的光程。在光線入射到第 一衍 射光柵111上且從該第一衍射光柵衍射之后，衍射光穿過兩個(gè)透鏡 113和114并入射到第二衍射光4冊(cè)112上且乂人該第二書亍射光4冊(cè)書亍射。 衍射光入射到屋脊鏡115上，并在不同的高度下從屋脊鏡115反射。 反射光通過第二衍射光柵112、兩個(gè)透鏡114和113、以及第一衍射 光柵111入射到光3各改變4竟71上。
在這種情況下，相應(yīng)分隔距離(即，處于平4亍光柵結(jié)構(gòu)中的具
有相同啁啾功率的光柵之間的相應(yīng)分隔距離)用2f-Sl-S2表示，其中，f表示透鏡113和114的焦距，而Sl和S2分別表示透鏡113與衍射 光柵111之間的距離和透4竟114與衍射光才冊(cè)112之間的距離。
在圖2a的折射型逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)中，可能出現(xiàn)以下問題。 也就是說，在包括透鏡113和114的折射型逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)中， 可能會(huì)出現(xiàn)由于透鏡導(dǎo)致的色差(或色像差)等問題。
為了解決由于透鏡導(dǎo)致的色差問題，而設(shè)計(jì)出了圖2b的反射 型逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D2b,反射型逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)衍射光沖冊(cè)(分 別稱作"第一衍射光柵"和"第二衍射光才冊(cè)")121和122、兩個(gè)柱 形4竟(cylinder mirror,柱面鏡)123和124、以及單個(gè)屋脊棱4竟125。
屋脊棱鏡125執(zhí)行與圖2a的屋脊鏡相同的功能。
下面描述反射型逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)的光程。在光線入射到第 一書于射光4冊(cè)121上且從該第 一書亍射光柵書于射之后，書亍射光穿過兩個(gè) 柱形4竟123和124入射到第二4汙射光柵122上且/人該第二書亍射光才冊(cè) 衍射。衍射光入射到屋脊棱鏡125上。入射光線在不同的高度下從 屋脊棱鏡125反射，并且反射光通過第二衍射光柵122、柱形4竟124 和123、以及第一書f射光對(duì)冊(cè)121入射到光^各改變4竟71上。
在這種情況下，相應(yīng)分隔距離用2f-S廣S2表示，其中，f表示柱 形4竟123和124的焦3巨，而sj和S2分別表示柱形今竟123與書亍射光才冊(cè) 121之間的距離和柱形4竟124與書亍射光才冊(cè)122之間的距離。
圖2b的反射型逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)中可能具有以下問題。具 體地，可能會(huì)出現(xiàn)由于兩個(gè)柱形鏡相對(duì)于光軸的傾斜而導(dǎo)致的偏差 (諸如像散和彗差)問題。為了解決上述問題，而設(shè)計(jì)了圖2C (平面圖)和圖2d (側(cè)視
圖)的Offner三重結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D2c和圖2d， Offner三重結(jié)構(gòu)包括單個(gè)衍射光柵131、具 有不同尺寸的兩個(gè)球面鏡(分別稱作"第一球面鏡"和"第二球面 鏡")132和133、以及單個(gè)屋脊棱鏡134。
在上述結(jié)構(gòu)中，屋脊棱鏡134執(zhí)行與圖2a的屋脊鏡相同的功能。
第二^求面4竟133大于第一^求面4竟132。
下面描述Offner三重結(jié)構(gòu)的光程。在光線入射到衍射光沖冊(cè)131 上且從該衍射光柵衍射之后，衍射光入射到第二球面鏡133上且從 該第二球面鏡133反射。在反射光入射到第一^求面4竟132上且/人該 第一球面鏡132反射之后，反射光再次入射到第二球面鏡133上且 從該第二球面鏡133反射。反射光再次入射到衍射光柵131上且從 該衍射光柵衍射，并且衍射光入射到屋脊棱鏡134上。入射光線在 不同的高度下從屋脊棱鏡134反射。反射光穿過衍射光柵131、第 二球面4竟133、以及第一3求面4竟132,然后通過第二:f求面4竟133和 形亍射光4冊(cè)131 l餘出。
在這種情況下，相應(yīng)分隔距離用2 (R-s)表示，其中，R表示 第二球面鏡133的曲率半徑，而s表示從第二球面鏡133到書f射光 才冊(cè)131的3巨離。
圖2e是示出了通過傳統(tǒng)光脈沖展寬器中的逆平行衍射光柵結(jié) 構(gòu)執(zhí)行的信號(hào)啁啾的圖表。
13圖2e示出了由典型光脈沖展寬器產(chǎn)生的信號(hào)啁啾的計(jì)算機(jī)模 擬的結(jié)果。在具有圖2c和圖2d的Offner三重結(jié)構(gòu)的才莫擬中，如下 設(shè)定用于衍射光柵的參數(shù)。也就是說，使用 一級(jí)(first-order )衍射， 々f射光4冊(cè)中的凹槽H量被設(shè)定為1740條/mm，入射角^皮i殳定為 62.8°，書f射角一皮i殳定為70.8°，并且相應(yīng)分隔3巨離^皮i殳定為530 mm。
因此，以1054nm的波長(zhǎng)為中心，具有8nm光"i普(范圍乂人1050 nm至1058 nm )的信號(hào)^皮展寬約800 ps。該值(800 ps )是通過用 光線的速度除光禾呈-長(zhǎng)度差(optical path-length difference )所獲4尋的 數(shù)值，其中光程-長(zhǎng)度差為240mm，光線的速度為30萬km/s。
例如，已穿過光脈沖展寬器的激光具有隨波長(zhǎng)被臨時(shí)展寬的脈 沖結(jié)構(gòu)。在這種情況下，下面將描述光脈沖隨波長(zhǎng)被臨時(shí)展寬的原 因。也就是i兌，超短波激光包括具有不同波長(zhǎng)分量的激光。因此， 當(dāng)光線穿過用于各個(gè)波長(zhǎng)分量的衍射光柵結(jié)構(gòu)時(shí)，其光線行進(jìn)距離 不同，因此由于各個(gè)波長(zhǎng)分量的臨時(shí)時(shí)延(temporal delay )之間的 差異導(dǎo)致光脈沖被臨時(shí)展寬，該臨時(shí)時(shí)延可歸因于光線行進(jìn)距離的 不同。
圖3a是示出了傳統(tǒng)OPCPA裝置的光脈沖壓縮器的構(gòu)造的視圖。
參照?qǐng)D3a,平行書f射光柵結(jié)構(gòu)包括具有平行布置的兩個(gè)》t射光 柵141和142、以及用于在不同的高度下反射入射光的單個(gè)屋脊鏡 143。
下面描述平行衍射光柵結(jié)構(gòu)的光程。在光線入射到第一書于射光 柵141上且從該第一衍射光柵衍射之后，衍射光入射到第二書亍射光 柵142上且從該第二衍射光柵衍射。衍射光入射到屋脊鏡143上，并在不同的高度下從屋脊鏡143反射。反射光通過第二衍射光柵142 和第一衍射光柵141被輸出。
在這種情況下，相應(yīng)分隔距離可由這兩個(gè)衍射光柵141與142 之間的3巨離表示。
圖3b是示出了由傳統(tǒng)光脈沖壓縮器中的平行衍射光柵結(jié)構(gòu)執(zhí) 行的信號(hào)啁啾的圖表。
圖3b示出了在典型光脈沖壓縮器中產(chǎn)生的信號(hào)啁啾結(jié)構(gòu)的計(jì) 算積4莫擬的結(jié)果。在圖3b的平4亍衍射光斥冊(cè)結(jié)構(gòu)中，如下i殳定用于 衍射光柵的參數(shù)。也就是說，使用負(fù)(-)一級(jí)衍射，每個(gè)衍射光柵 的凹槽數(shù)量被設(shè)定為850條/mm,入射角^皮設(shè)定為5.0°，衍射角被 i殳定為79.4°，并且相應(yīng)分隔3巨離4皮設(shè)定為692 mm。
因此，以1054 nm波長(zhǎng)為中心，具有8 nm光i普的信號(hào)一皮臨時(shí) 展寬約800ps。在這種情況下，光程-長(zhǎng)度差約為240mm。
而且，這種光脈沖壓縮器可以將以1054nm的波長(zhǎng)為中心，具 有8 nm光譜且已被典型的光脈沖展寬器臨時(shí)展寬約800 ps的信號(hào) 臨時(shí)壓縮至其原始狀態(tài)。
接下來，下面將描述傳統(tǒng)OPCPA裝置的操作和效果。
首先，原始信號(hào)穿過具有圖2a至圖2d構(gòu)造的光脈沖展寬器10， 因此輸出了被臨時(shí)展寬的波形，其中長(zhǎng)波長(zhǎng)在短波長(zhǎng)之前(參照?qǐng)D 4)。
光脈沖展寬器10的輸出光線(信號(hào))通過光^各改變鏡71和72 入射到第一泵浦光注入分色4竟81上，并且從第一泵浦激光器21輸 出的泵浦光線也入射到第一泵浦光注入分色鏡81上。信號(hào)和泵浦光均入射到第一 OPA單元31上。在第一 OPA單元 31中，通過泵浦光放大了信號(hào)的同時(shí)產(chǎn)生了閑頻信號(hào)，并且因此泵
.浦光自身一皮衰減。
因此，第一OPA單元31的輸出光線包括泵浦光、》文大的信 號(hào)、以及閑頻信號(hào)。
輸出光線入射到第一泵浦光去除分色4竟41上，并且一皮分離為 放大的信號(hào)和剩余光線(泵浦光和閑頻信號(hào))。也就是說，被衰減 的泵浦光和閑頻信號(hào)兩者均穿過第一泵浦光去除分色鏡41且被束 流收集器51去除，并且》丈大的信號(hào)從第一泵浦光去除分色4竟41反射。
如果放大的信號(hào)成功地達(dá)到目標(biāo)強(qiáng)度水平或更高強(qiáng)度，則放大 的信號(hào)入射到光脈沖壓縮器60上，否則，；改大的信號(hào)再次經(jīng)歷以 上程序(從泵浦光注入分色^:到束流收集器的程序)。
也就是說，如果從第一泵浦光去除分色鏡41反射的信號(hào)(放 大的信號(hào))未能達(dá)到目標(biāo)強(qiáng)度水平或更高強(qiáng)度，則信號(hào)入射到另一 泵浦光注入分色^:(第二泵浦光注入分色4竟)82上，并且>^人第二泵 浦激光器22中產(chǎn)生的泵浦光也入射到第二泵浦光注入分色4竟82 上。之后，信號(hào)和泵浦光穿過第二 OPA單元32、第二泵浦光去除 分色鏡42、以及第二束流收集器52。重復(fù)以上程序直到上述信號(hào) 被放大至預(yù)定強(qiáng)度或更高強(qiáng)度為止。
最后，；故大的信號(hào)入射到光3永沖壓縮器60上，并且光脈沖壓 縮器60臨時(shí)壓縮放大的信號(hào)。
然而，傳統(tǒng)OPCPA裝置具有以下問題。也就是說，傳統(tǒng)OPCPA裝置使用二階色散(群速度色散GVD ) 形成線性月承沖啁畔火結(jié)構(gòu)。然而，這種結(jié)構(gòu)的問題在于，由于4言號(hào)和 閑頻信號(hào)(它們是OPA單元的輸出光線)中的二階色散項(xiàng) (second—order dispersion term )具有相同的量級(jí)并且具有片目反的才尋 號(hào)(sign,正負(fù)號(hào))，因此在光脈沖壓縮器中補(bǔ)償脈沖啁啾是困難的。 因此，具有的能量強(qiáng)度大致等于放大信號(hào)的能量強(qiáng)度的閑頻信號(hào)通 常不能^^皮利用，并且必須一皮去除。
對(duì)于色散的詳細(xì)描述，可參照?qǐng)D7。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的目的是提供一種光參量啁嗽脈沖放大(OPCPA)裝置，其中 光脈沖展寬器和光脈沖壓縮器均使用三階色散(其為奇數(shù)階色散)， 并且其中OPA單元的輸出光線之中的信號(hào)和閑頻信號(hào)兩者均一起 用于使得波長(zhǎng)帶寬以及能量放大系數(shù)加倍，從而不僅補(bǔ)償了光譜損 失，而且還獲得了具有小于原始信號(hào)脈沖寬度的臨時(shí)脈沖寬度的激 光。
下面描述在上述構(gòu)造中使用奇數(shù)階色散的目的。
也就是說，偶數(shù)階色散(諸如傳統(tǒng)的二階色散(群速度色散) 和四階色散)的缺點(diǎn)在于，由于在執(zhí)行OPCPA時(shí)信號(hào)和閑頻信號(hào) 的項(xiàng)(term)具有相同的量級(jí)并且具有相反的符號(hào)，因此難以在光 脈沖壓縮器中進(jìn)行同時(shí)的補(bǔ)償。與此相反，奇數(shù)階色散(諸如本發(fā) 明中使用的三階色散)的優(yōu)點(diǎn)在于，由于信號(hào)和閑頻信號(hào)的項(xiàng)具有 相同的量級(jí)和符號(hào)，因此《更于光脈沖壓縮器中的補(bǔ)償。
17例如，在傳統(tǒng)的OPCPA裝置中難以一起利用放大的信號(hào)和閑 頻信號(hào)兩者。其原因如下所述。
第一，由于在非共線相位匹配(該非共線相位匹配通常用于寬 帶光參量放大)中閑頻信號(hào)發(fā)生角色散，當(dāng)稍后傳送時(shí)光束會(huì)根據(jù) 波長(zhǎng)在空間上沿不同方向穿^f亍，因此難以尋求到能夠充分才交正角色 l的方法。
第二 ，通過在利用共線相位匹配的同時(shí)將閑頻信號(hào)的偏光與普 通光(尋常波)匹配以使用閑頻信號(hào)，能夠解決閑頻信號(hào)角色散的 問題，但是通常難以獲得足夠的寬帶增益以達(dá)到增益能均勻地分布 在與超短波信號(hào)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)的整個(gè)寬頻i普上的程度。
第三，在特殊情況中，不考慮共線相位匹配，偶爾也可獲得能 夠使得信號(hào)的整個(gè)頻譜充分放大的寬帶增益，但是在這種情況下，
放大的信號(hào)和閑頻信號(hào)兩者具有沿相反方向的啁p秋脈沖(方i大的信
號(hào)和閑頻信號(hào)的相反的啁畔大狀態(tài)(chirp-state ))，因此^U吏用典型的 光脈沖壓縮器不能將臨時(shí)脈沖寬度恢復(fù)為原始寬度。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明:提供了一種光參量啁畔大脈沖放大 (OPCPA)裝置，所述裝置包括光脈沖展寬器，用于使用奇數(shù)階 色散(主要為三階色散)輸出啁褲火激光(chirped laser light);泵浦 激光器，用于輸出泵浦激光；光參量放大單元，用于接收泵浦激光 和啁啾激光(信號(hào))、使用泵浦激光放大信號(hào)、并產(chǎn)生閑頻信號(hào)； 光信號(hào)分離單元，用于將光參量放大單元的輸出光線分離為信號(hào)、 閑頻信號(hào)、以及剩余光線(泵浦光)；以及光脈沖壓縮器，用于補(bǔ) 償光脈沖展寬器所賦予的奇數(shù)階色散所致的脈沖啁啾，從而將信號(hào) 和閑頻信號(hào)臨時(shí)壓縮在一起，所述信號(hào)和閑頻信號(hào)彼此交迭，其中 在進(jìn)行共線相位匹配的情況下滿足以下關(guān)系式， <關(guān)系式>:人s^2入p其中Xs是信號(hào)的波長(zhǎng)，Xp是泵浦光的波長(zhǎng)，以及人j是閑頻信 號(hào)的波長(zhǎng)。
優(yōu)選地，光脈沖展寬器和光脈沖壓縮器中的每個(gè)均可實(shí)施為使 用一半的U形啁啾結(jié)構(gòu)(其使用三階色散)用于信號(hào)，并且使用其 剩余的一半用于閑頻信號(hào)。
優(yōu)選地，光脈沖展寬器可施加容許中心波長(zhǎng)追隨周圍波長(zhǎng)并容 許周圍波長(zhǎng)在中心波長(zhǎng)之前的啁褲火，或者可施加容許中心波長(zhǎng)在周 圍波長(zhǎng)之前并容許周圍波長(zhǎng)追隨中心波長(zhǎng)的啁畔大。
優(yōu)選地，OPCPA裝置還可包括用于去除殘余偶數(shù)階色散(即， 四階色散等)的裝置。
優(yōu)選地，偶數(shù)階色散去除裝置可為聲光濾波器和啁褲火鏡(chirp mirror) 中之一。
優(yōu)選地，偶數(shù)階色散去除裝置可被放置在位于光參量放大 (OPA)單元上游的光^各上。
優(yōu)選地，光脈沖展寬器可實(shí)施為使得逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和平 行衍射光柵結(jié)構(gòu)連續(xù)地布置，從而當(dāng)執(zhí)行脈沖啁啾時(shí)去除二階色散 (群速度色散)。
優(yōu)選地，光脈沖壓縮器可實(shí)施為使得逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和平 行衍射光柵結(jié)構(gòu)連續(xù)地布置。
優(yōu)選地，可對(duì)用在逆平4刊汙射光4冊(cè)結(jié)構(gòu)中的彩f射光斥冊(cè)和用在平 行衍射光柵結(jié)構(gòu)中的衍射光柵賦予不同的參數(shù)值。優(yōu)選地，光脈沖展寬器和光脈沖壓縮器可被設(shè)計(jì)為，使得用在 光脈沖展寬器的逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和平行衍射光柵結(jié)構(gòu)中的衍 射光柵的參數(shù)值分別與用在光脈沖壓縮器的平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和 逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)中的衍射光柵的參數(shù)值相同。
優(yōu)選地，平行衍射光柵結(jié)構(gòu)可包括具有平行布置的兩個(gè)衍射光 柵，以及用于在不同的高度下反射入射光線的單個(gè)屋脊鏡。
優(yōu)選地，光參量放大單元可被實(shí)施為使用非線性光學(xué)介質(zhì)，并
且非線性光介質(zhì)可為P硼酸鋇(BBO)、三硼酸鋰(LBO)、磷酸鈦 氧鉀(KTP)、以及石粦酸二氬鐘(KDP)中的一種。
優(yōu)選地，光信號(hào)分離單元可為泵浦光去除分色鏡，該泵浦光去 除分色鏡用于反射從光參量放大單元輸出的閑頻信號(hào)和放大的信 號(hào)，以及使剩余光線(泵浦光)從中穿過，從而將光參量^:大單元 的輸出光線分離為閑頻信號(hào)、放大的信號(hào)，以及剩余光線。
優(yōu)選地，OPCPA裝置還可包括束流收集器，用于去除由光信 號(hào)分離單元分離出來的泵浦光。
優(yōu)選地，OPCPA裝置還可包括鏡(泵浦光注入分色鏡)，用于 接收光脈沖展寬器和泵浦激光器兩者的輸出光線以及將輸出光線 傳輸?shù)焦鈪⒘俊肺拇髥卧?br> 優(yōu)選地，OPCPA裝置還可包括布置在光脈沖展寬器的下游且 適于將入射光線的^各徑改變成朝向泵浦光注入分色4竟的光路改變鏡。優(yōu)選地，OPCPA裝置還可包括用于將由光信號(hào)分離單元分離
出來的信號(hào)和閑頻信號(hào)的3各徑改變成朝向光脈沖壓縮器的光^各改變鏡。


圖la是示出了傳統(tǒng)OPCPA裝置的簡(jiǎn)單圖表；
圖lb是示出了圖la的OPCPA裝置的構(gòu)造的詳細(xì)視圖2a至圖2d是示出了傳統(tǒng)OPCPA裝置的光脈沖展寬器的視
圖2e是示出了通過傳統(tǒng)光脈沖展寬器中的逆平行衍射光柵結(jié) 構(gòu)執(zhí)行的信號(hào)啁口秋的圖表；
圖3a是示出了傳統(tǒng)OPCPA裝置的光脈沖壓縮器的視圖3b是示出了通過傳統(tǒng)光脈沖壓縮器中的平行衍射光柵結(jié)構(gòu) 執(zhí)行的信號(hào)啁啾的圖表；
圖4是示出了主要使用群速度色散(二階色散)的傳統(tǒng)OPCPA 裝置的光脈沖展寬器的輸出光線(信號(hào))的視圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的OPCPA裝置的構(gòu)造的詳細(xì)視圖6a是根據(jù)本發(fā)明的OPCPA裝置的光脈沖展寬器和光脈沖壓
縮器的構(gòu)造的簡(jiǎn)單框圖6b和圖6c是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光脈沖展寬器和光 月永沖壓縮器的構(gòu)造的詳細(xì) 一見圖；圖7a是示出了根據(jù)本發(fā)明的在U形啁啾脈沖發(fā)生器中產(chǎn)生的 信號(hào)啁啾結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果的圖表，在該U形啁嗽脈沖發(fā)生器 中逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和平行衍射光柵結(jié)構(gòu)連續(xù)地(in series,或串
聯(lián))布置；
圖7b是示出了根據(jù)本發(fā)明的在另一種U形啁啾脈沖發(fā)生器中 產(chǎn)生的信號(hào)啁啾結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果的圖表，在該U形啁嗽脈沖 發(fā)生器中逆平行衍射光沖冊(cè)結(jié)構(gòu)和平行書亍射光4冊(cè)結(jié)構(gòu)連續(xù)地布置；
圖7c是示出了從圖7a的圖表中所示出的數(shù)值中推導(dǎo)出來的圖
表；
圖8示出了 OPCPA裝置設(shè)計(jì)的應(yīng)用實(shí)例，該OPCPA裝置被設(shè) 計(jì)成具有可應(yīng)用于本發(fā)明的共線相4立匹配結(jié)構(gòu)；
圖9是示出了通過根據(jù)本發(fā)明的OPCPA裝置的光脈沖展寬器 (使用三階色散)被展寬的原始信號(hào)啁啾狀態(tài)的圖表；以及
圖10a和圖10b是示出了信號(hào)和閑頻信號(hào)的啁畔大狀態(tài)的圖表， 該信號(hào)和閑頻信號(hào)是才艮據(jù)本發(fā)明的OPCPA裝置的OPA單元的輸出光線。
<重要部件的參考標(biāo)號(hào)說明>
100:光脈沖展寬器；200:泵浦激光器；
300:光參量放大(OPA)單元；
400:光信號(hào)分離單元(泵浦光去除分色鏡)；
500:束流收集器；600:光脈沖壓縮器；
700至770:光3各改變《竟；800:泵浦光注入分色4竟。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的光參量啁啾脈沖放大(OPCPA)裝
置的構(gòu)造的詳細(xì)視圖。
參照?qǐng)D5，本發(fā)明的OPCPA裝置包括光脈沖展寬器IOO、泵 浦激光器200、光參量放大(OPA)單元300、光信號(hào)分離單元400、 束流收集器單元(束流收集器)500、以及光脈沖壓縮器600。
光脈沖展寬器100是用于通過為每個(gè)頻率的激光改變其光程而 臨時(shí)展寬激光的裝置，但是該裝置應(yīng)用短波長(zhǎng)(或長(zhǎng)波長(zhǎng))在前型 啁嗽(參照?qǐng)D9 )。也就是說，光脈沖展寬器100將超短波激光器的 輸出光線的脈沖長(zhǎng)度(脈沖持續(xù)時(shí)間)從數(shù)飛秒(fs; 10—15秒)/數(shù) 十皮秒(ps; 10—12秒)的初始波段臨時(shí)展寬到數(shù)百皮秒(ps; 10-12 秒)/數(shù)毫微秒(ns; It)—9秒)的波段。
在混合式啁啾脈沖放大(CPA)裝置(其中OPCPA裝置與典 型CPA裝置相互組合)的情況中，本發(fā)明的光脈沖展寬器100優(yōu)選 實(shí)施為使得遠(yuǎn)離中心波長(zhǎng)的波長(zhǎng)領(lǐng)先于靠近中心頻率的波長(zhǎng)。然 而，4又/人本發(fā)明的立場(chǎng)來看，可^人為佳j尋靠近中心波長(zhǎng)的波長(zhǎng)領(lǐng)先 于周圍波長(zhǎng)(該周圍波長(zhǎng)遠(yuǎn)離中心波長(zhǎng))的結(jié)構(gòu)與使得遠(yuǎn)離中心波 長(zhǎng)的周圍波長(zhǎng)領(lǐng)先于靠近中心波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)是相同的結(jié)構(gòu)，它 們?cè)瓌t上并無差別。
與傳統(tǒng)光脈沖展寬器不同，本發(fā)明的光脈沖展寬器100使用奇
數(shù)階色散。
23此外，本發(fā)明的OPCPA裝置可包括用于去除偶數(shù)階色散的部
件。稍后將結(jié)合圖6的光脈沖展寬器和光脈沖壓縮器一起描述該部
件，因而此處省略對(duì)該部件的詳細(xì)描述。
泵浦激光器200是用于輸出泵浦激光(泵浦光)的裝置。
OPA單元300使用泵浦光來放大信號(hào)，并產(chǎn)生閑頻信號(hào)。因此， 通過能量守恒使得泵浦光自身衰減至相應(yīng)程度。
詳細(xì)地說，OPA單元300的入射光線包括從泵浦激光器200輸 出的光線(泵浦光)，以及從光脈沖展寬器100輸出的光線(信號(hào))， 并且OPA單元300的輸出光線包括衰減的泵浦光、放大的信號(hào)、 以及閑頻^f言號(hào)。
OPA單元300優(yōu)選使用非線性光學(xué)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)。非線性光學(xué)介質(zhì) 可包括磷酸鈦氧鐘(KTP )、磷酸二氬鐘(KDP )、三硼酸鋰(LBO )、 (3硼酸鋇(BBO，偏硼酸鋇)等。非線性光學(xué)介質(zhì)具有用于泵浦光、 信號(hào)、以及閑頻信號(hào)的波長(zhǎng)的抗反射涂層。在這種情況下，非線性 光學(xué)晶體的制造和相位匹配結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)均根據(jù)泵浦光和信號(hào)的波
長(zhǎng)而 文變。
OPA單元300實(shí)現(xiàn)了 一種幾乎衰減的信號(hào)-泵浦光之間的關(guān)系。 在現(xiàn)有技術(shù)中，通常要滿足^<2、<^或、>2、>^的關(guān)系，而在本發(fā) 明中，必須滿足入s乓2人p^人i的關(guān)系。
在這種情況中，^表示信號(hào)的波長(zhǎng)，、是泵浦光的波長(zhǎng)，Xi是 閑頻信號(hào)的波長(zhǎng)。
如果滿足了上述關(guān)系式，即4吏是在共線相位匹配下，也能實(shí)現(xiàn) 大部分OPA增益可作為寬帶增益而獲耳又(參照?qǐng)D8)。光信號(hào)分離單元400將從OPA單元300中輸出的光線分離成 期望被去除的部分和期望被傳輸至下一級(jí)(例如，光脈沖壓縮器) 的部分。束流收集器500去除所述期望被去除且已被光信號(hào)分離單 元400分離出來的光信號(hào)。
光信號(hào)分離單元400可包括例如泵浦光去除分色鏡，并且泵浦 光去除分色鏡用于使期望被去除的光線從中穿過，并且用于反射期 望凈皮傳輸至下一級(jí)的光線。
詳細(xì)地說，泵浦光去除分色4竟400具有用于閑頻信號(hào)和信號(hào)的 波長(zhǎng)的寬帶高反射涂層，并且具有用于泵浦光的波長(zhǎng)的抗反射涂 層。因此，泵浦光去除分色4竟400的入射光線可^皮泵浦光去除分色 鏡分離成閑頻信號(hào)和剩余光線(信號(hào)和衰減的泵浦光)。
衰減的泵浦光^皮束流收集器500去除。
的功能。也就是說，泵浦光去除分色鏡可反射期望被去除的光線， 并可使得期望被傳輸至下一級(jí)的光線從中穿過，因此束流收集器可 被設(shè)置在相應(yīng)位置處以便去除反射光。然而，在實(shí)踐中，為了避免 輸出光線中的色散，分色鏡優(yōu)選被設(shè)計(jì)成用于反射輸出光線(該輸 出光線將被傳輸至下一級(jí))。
如上所述，在本發(fā)明中，OPA單元的輸出光線的泵浦光^皮去除， 并且該輸出光線的放大信號(hào)和閑頻信號(hào)凈皮入射到光脈沖壓縮器600上。
光脈沖壓縮器600補(bǔ)償由光脈沖展寬器100施加的奇數(shù)階色散
所導(dǎo)致的脈沖啁畔火，從而將交迭的信號(hào)和閑頻信號(hào)臨時(shí)壓縮在一起。這樣，本發(fā)明的OPCPA裝置可將能量放大系數(shù)增加至傳統(tǒng)
OPCPA裝置的大約兩倍大，并且還可^f吏其波長(zhǎng)帶寬加倍。
在本發(fā)明中，泵浦光注入分色鏡800優(yōu)選設(shè)置在OPA單元300
的上游。
泵浦光注入分色鏡800用于接收泵浦光和信號(hào)，并且用于將泵 浦光和信號(hào)傳輸至下一級(jí)(OPA單元)。
也就是說，泵浦光注入分色鏡800具有用于泵浦光的波長(zhǎng)的抗 反射涂層，并且具有用于信號(hào)的波長(zhǎng)的寬帶高反射涂層。因此，泵 浦光注入分色鏡800可同時(shí)接收光脈沖展寬器的已從光路改變鏡被 反射的輸出光線(信號(hào))和泵浦激光器的輸出光線(泵浦光)兩者。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，安裝了多個(gè)光路改變鏡730至750。
光路改變鏡730至750是用于改變光^各的裝置，以使得從前一 級(jí)輸出的光線可^皮成功地輸入至下一級(jí)。每個(gè)光^各改變4竟均具有用 于信號(hào)整個(gè)波長(zhǎng)范圍的寬帶高反射涂層。
例如，光路改變鏡730和740被安裝在光脈沖展寬器100的下 游，并適合于改變光路，以允許從光脈沖展寬器輸出的信號(hào)入射到 泵浦光注入分色4竟800上。
此外，光^各改變鏡75(H皮安裝在泵浦光去除分色4竟400的下游， 并適合于改變光^各，以允許泵浦光去除分色鏡400的輸出光線(信 號(hào)和閑頻信號(hào))入射到光脈沖壓縮器600上。
光脈沖展寬器和光脈沖壓縮器中的每個(gè)均具有使用三階色散 的U形啁啾結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，使用一半的U形啁啾結(jié)構(gòu)用于信 號(hào)，并且使用剩余的一半用于閑頻信號(hào)(參照?qǐng)D7a和圖7b)。此外，4吏用具有的波長(zhǎng)相當(dāng)于1/2中心波長(zhǎng)的泵浦光，該中心波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于
U形啁口秋結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)。例如，如圖7a和圖7b所示，當(dāng)1054nm的 中心波長(zhǎng)用作U形啁褲大結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)時(shí)，本發(fā)明l吏用具有波長(zhǎng)為527 nm的泵浦光。
此外，本發(fā)明優(yōu)選還包括用于去除偶數(shù)階色散(例如，四階色 散等)的裝置。例如，由光脈沖展寬器和光脈沖壓縮器的結(jié)構(gòu)(逆 平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和平行衍射光柵結(jié)構(gòu)的連續(xù)布置)去除二階色散 (參照?qǐng)D6 )。
偶數(shù)階色散去除裝置被安裝成用于防止當(dāng)光脈沖壓縮器執(zhí)行 脈沖壓縮時(shí)由于殘余的偶數(shù)階色散(四階色散、六階色散等)而導(dǎo) 致脈沖壓縮效率降低。
偶數(shù)階色散去除裝置包括商用聲光濾波器(例如，商用可編程 聲光色散濾波器AOPDF， Dazzler等)或啁畔火4竟，作為用于去除 偶數(shù)階色散的裝置。
偶凄t階色散去除裝置優(yōu)選纟皮i殳置在定位于OPA單元300上游 的光^各上。
圖6a是根據(jù)本發(fā)明的OPCPA裝置的光脈沖展寬器和光脈沖壓 縮器的構(gòu)造的簡(jiǎn)單框圖，而圖6b和圖6c是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施 例的光脈沖展寬器和光脈沖壓縮器的構(gòu)造的詳細(xì)視圖。
首先，參照?qǐng)D6a， OPCPA裝置的光脈沖展寬器100和光脈沖 壓縮器600中的每個(gè)均通過使用逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和平行衍射光 柵結(jié)構(gòu)的連續(xù)布置而實(shí)施。也就是說，在本發(fā)明中，輸入信號(hào)(信號(hào))首先穿過逆平行衍 射光柵結(jié)構(gòu)，隨后穿過平行衍射光柵結(jié)構(gòu)。在這種情況下，輸入信 號(hào)在光脈沖展寬器的情況中是指原始信號(hào)，而在光脈沖壓縮器的情 況中是指放大的信號(hào)和閑頻信號(hào)。
如上所述，如果逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和平行衍射光柵結(jié)構(gòu)是連 續(xù)布置的，則二階色散(群速度色散)可在脈沖啁啾時(shí)被去除，而 三階色散可最大化(參照?qǐng)D7)。
在本發(fā)明中，光脈沖展寬器和光脈沖壓縮器的構(gòu)造通過使用逆 平4亍衍射光纟冊(cè)結(jié)構(gòu)和平行衍射光柵結(jié)構(gòu)的連續(xù)布置而實(shí)施，或者相 反地，通過使用平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)的連續(xù)布 置而實(shí)施。然而，在本發(fā)明中，更優(yōu)選的是，光脈沖展寬器和光脈 沖壓縮器中的每個(gè)均通過使用逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和平行衍射光
才冊(cè)結(jié)構(gòu)的連續(xù)布置而實(shí)施。其原因是這兩種結(jié)構(gòu)原則上是相同的，
布置在逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)之后時(shí)在去除二階色散時(shí)才有助于光 學(xué)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。
可使用圖2a至圖2d的任一種逆平行結(jié)構(gòu)作為該逆平行結(jié)構(gòu)， 但最優(yōu)選地是使用圖2c和圖2d的逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)(Offner-三
重型)。
下面參照?qǐng)D6b和圖6c詳細(xì)描述這種結(jié)構(gòu)。
在圖6b中，光脈沖展寬器和光脈沖壓縮器中的每個(gè)均通過使 用逆平行書于射光^f冊(cè)結(jié)構(gòu)(折射型)和平4亍書f射光4冊(cè)結(jié)構(gòu)的連續(xù)布置
來實(shí)施?，F(xiàn)在描述其光程。在輸入信號(hào)(光線)入射到逆平^f于書1"射光4冊(cè) 結(jié)構(gòu)(折射型)的第一衍射光柵111上且從該第一衍射光柵衍射之
后，衍射光穿過兩個(gè)透鏡113和114,之后入射到第二衍射光柵112 上且從該第二衍射光柵衍射。衍射光入射到屋脊鏡115上，并且在 不同的高度下從屋脊鏡115反射。反射光通過第二衍射光柵112、 兩個(gè)透鏡114和113、以及第一書f射光對(duì)冊(cè)111 ^皮反射。在反射光的 光3各已^皮光^各改變4竟710'和720'改變之后，反射光入射到平行衍射 光柵結(jié)構(gòu)的第一衍射光柵141上。入射光從第一衍射光柵141衍射， 并且入射到第二衍射光柵142上且從該第二衍射光柵衍射。衍射光 入射到屋脊鏡143上，之后在不同的高度下從屋脊鏡143反射。反 射光通過第二衍射光柵142和第一衍射光柵141被輸出。
另外，在圖6c中，光脈沖展寬器和光脈沖壓縮器中的每個(gè)均 通過使用逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)(Offner三重型)和平行衍射光柵結(jié) 構(gòu)的連續(xù)布置而實(shí)施。
現(xiàn)在描述其光程。在輸入信號(hào)(光線)入射到逆平行衍射光才冊(cè) 結(jié)構(gòu)(Offner三重型)的衍射光片冊(cè)131上且從該々'亍射光片冊(cè)》亍射之后， 書亍射光入射到第二球面4竟133上且/人該第二球面4竟反射。在反射光 入射到第一球面鏡132上且從該第一球面鏡反射之后，反射光再次 入射到第二球面鏡133上且從該第二球面鏡反射。反射光再次入射 到衍射光柵131上且從該衍射光柵衍射，之后衍射光入射到屋脊棱 鏡134上。入射光線在不同的高度下從屋脊棱鏡134反射。反射光 穿過衍射光柵131、第二球面鏡133、以及第一^求面鏡132，之后通 過第二3求面4免133和衍射光柵131 ^皮輸出。
之后，輸出光線的光^各被光^各改變鏡710〃和720〃改變，并且 輸出光線入射到平行衍射光柵結(jié)構(gòu)的第一衍射光柵141上。入射光 乂人第 一書亍射光4冊(cè)141彩亍射，之后入射到第二書亍射光4冊(cè)142上且/人該 第二衍射光柵衍射。衍射光入射到屋脊鏡143上，之后在不同的高度下從屋脊鏡143反射。反射光通過第二衍射光4冊(cè)142和第一衍射 光柵141 >^皮輸出。
圖7a是示出了根據(jù)本發(fā)明的在啁啾脈沖發(fā)生器中產(chǎn)生的信號(hào) 啁啾結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果的圖表，在該啁嗽脈沖發(fā)生器中逆平行 衍射光柵結(jié)構(gòu)和平行衍射光柵結(jié)構(gòu)連續(xù)地布置，圖7b是示出了根 據(jù)本發(fā)明的在啁啾脈沖發(fā)生器中產(chǎn)生的信號(hào)啁，秋結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)才莫 擬結(jié)果的圖表，在該啁啾脈沖發(fā)生器中逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和平行 衍射光柵結(jié)構(gòu)連續(xù)地布置，而圖7c是示出了從圖7a的圖表中所示 出的數(shù)值中推導(dǎo)出來的圖表。
圖7a和圖7b可分別用作光脈沖壓縮器和光脈沖展寬器，或者 可以以相反順序使用。
首先，在圖7a中，啁啾脈沖發(fā)生器被構(gòu)造成使得逆平行衍射 光柵結(jié)構(gòu)(Offner三重型)和平行衍射光柵結(jié)構(gòu)連續(xù)地布置，衍射 光4冊(cè)的參婆t如以下所述進(jìn)4于i殳定。
也就是說，在逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)中，使用一階色散，衍射光 柵中的凹槽數(shù)量被設(shè)定為1740條/mm,入射角被設(shè)定為62.8°,衍 射角凈皮i殳定為70.8°,并且相應(yīng)分隔距離尋皮i殳定為530 mm。此夕卜， 在平行衍射光柵結(jié)構(gòu)中，使用負(fù)(-)一階色散，每個(gè)衍射光柵中的 凹槽凄t量一皮i殳定為850條/mm，入射角^皮設(shè)定為5.0°，書亍射角^皮i殳 定為79.4。，并且相應(yīng)分隔-巨離凈皮i殳定為692 mm。
因此，可i殳計(jì)出具有U形啁畔大結(jié)構(gòu)的啁畔大月永沖發(fā)生器，其中， 以1054 nm的波長(zhǎng)為中心，三階色散#皮積聚/加強(qiáng)(emphasized), 而二階色散被耳又消。在圖7b中，啁啾脈沖發(fā)生器被構(gòu)造成使得逆平行衍射光柵結(jié)
構(gòu)(Offner三重型)和平行》t射光4冊(cè)結(jié)構(gòu)連續(xù)地布置，并且衍射光 才冊(cè)的參H沒定如下。
也就是說，在逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)中，使用負(fù)(-)一階色散， 衍射光4冊(cè)中的凹槽數(shù)量被設(shè)定為850條/mm，入射角被i殳定為5.0°, 衍射角被設(shè)定為79.4。，并且相應(yīng)分隔距離被設(shè)定為692 mm。此夕卜， 在平行衍射光柵結(jié)構(gòu)中，使用一階色散，每個(gè)衍射光柵中的凹槽數(shù) 量被設(shè)定為1740條/mm，入射角被設(shè)定為62.8。，衍射角被設(shè)定為 70.8°，并且相應(yīng)分隔距離,皮i殳定為530mm。
以1054 nm的波長(zhǎng)為中心，三階色散被積聚/加強(qiáng)，而二階色散被取消。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，在1054 nm波長(zhǎng)左面的一部分用作信號(hào)， 而在1054 nm波長(zhǎng)右面的一部分用〗乍閑頻4言號(hào)。
這兩種類型的U形啁畔大脈沖發(fā)生器(即，U形啁，秋和反U形 啁啾)都可用作光脈沖展寬器和光脈沖壓縮器。這兩種類型的U形 啁啾脈沖發(fā)生器相同之處在于，逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和平行衍射光 柵結(jié)構(gòu)連續(xù)地布置，但是，當(dāng)這兩種類型的U形啁啾脈沖發(fā)生器分 別用在光脈沖展寬器和光脈沖壓縮器中時(shí)，待用在光脈沖展寬器的 逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和平行衍射光柵結(jié)構(gòu)中的衍射光柵的參數(shù)值 分別與待用在光脈沖壓縮器的平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和逆平行衍射光 柵結(jié)構(gòu)中的衍射光柵的參數(shù)值相同。
此外，在光脈沖展寬器(或光脈沖壓縮器)中，待用在逆平行 衍射光柵結(jié)構(gòu)中和待用在平行衍射光柵結(jié)構(gòu)中的衍射光柵的參數(shù) <直4皮此不同。接下來，參照?qǐng)D7c描述用于導(dǎo)出圖7a的U形啁啾結(jié)構(gòu)的運(yùn)算法則。
使用以下等式表示在整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)上獲得的相位函凄史(J) (CO )。
間
+
^K叫), 、，1 , K叫), 、2
1 *。)"。)3+l^lh)4+A
3! t/w3
4! 而4
7 1 t/V(叫),
角頻率的變化特征被稱作色散。在上述等式中，第一項(xiàng)表示絕 對(duì)相位、第二項(xiàng)的系數(shù)表示群延時(shí)(group delay )、第三項(xiàng)的系數(shù)表 示群速度色散(GVD)、第四項(xiàng)的系數(shù)表示三階色散(TOD)、第五 項(xiàng)的系凄t表示四階色散(FOD)。
如果相位函數(shù)對(duì)角頻率求導(dǎo)，則獲得了以下等式。
w) 一叫)、
/_ ——一、，—叫)
+ -
1 t/3
l吼
2! t/a>
如-叫)2
i
3! t/w4
如—叫)+A
丄二 > —叫)
上述等式示出了群延時(shí)相對(duì)于角頻率的變化，其表示具有相應(yīng) 波長(zhǎng)的光線穿過光學(xué)系統(tǒng)所花費(fèi)的時(shí)間。
在上述等式中，第一項(xiàng)表示具有中心波長(zhǎng)的光線穿過光學(xué)系統(tǒng)
所花費(fèi)的時(shí)間、第二項(xiàng)GVD表示臨時(shí)線性啁啾系數(shù)、第三項(xiàng)TOD 表示二次函數(shù)形式(即，拋物線形式)啁嗽系數(shù)、第四項(xiàng)FOD表 示三次函凄t形式啁畔火系H 。群速度色散(GVD )是相位中以二次型表示的色散，并且表示
在某一系統(tǒng)中針對(duì)頻率被線性啁，秋的脈沖的啁褲火量。傳統(tǒng)光脈沖展 寬器或光脈沖壓縮器由于二階色散的影響而獲得了線性啁啾脈沖 結(jié)構(gòu)。與此相反，本發(fā)明主要使用三階色散。
同時(shí)，當(dāng)這兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用具有相反符號(hào)(正負(fù)號(hào))且具有
相同量級(jí)的群速度色散時(shí)，似乎僅三階色散(TOD)是最終影響穿 過連續(xù)布置的光學(xué)系統(tǒng)的脈沖的啁啾結(jié)構(gòu)的因素(factor )。在這種 情況下，二階色散的影響^皮此;l氐消。例如，四階色散、五階色散等 僅對(duì)脈沖的啁啾結(jié)構(gòu)具有非常輕微的影響。
以下給出了對(duì)于這種情況的解釋和il明。
也就是說，兩個(gè)確定的光學(xué)系統(tǒng)的相位函數(shù)的微分 (differentiation) (a)和(b)由以下等式表示
(a): d+a! x (w-納)+a2(w-納)2，…(對(duì)應(yīng)于圖7c的曲線(a ))
(b ): C2+bx (w畫wo)十b2(^<y0)2,...(只于應(yīng)于圖7c的曲纟戔(b )) 其中d、 C2 、 a,、 a2、 bp b2為常凄t。
如果將等式(a)與等式(b)相加，則獲得了以下等式。
即，獲得了 (a) + (b) =((^+(:2)+(32+1)2) x(w—,)+…，其中 a] = -blo
上述等式近乎是w的二次函數(shù)，并且具有僅由原始相位函數(shù)的 三階色散的影響導(dǎo)致的U形啁啾。因此，如果這兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)被設(shè) 計(jì)成使得a, = -b!成立，但&2和b2可被累加為具有較大數(shù)值，則這 兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的連續(xù)布置可用作U形啁嗽的脈沖發(fā)射器。圖8示出了 OPCPA裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例，該OPCPA裝置被設(shè) 計(jì)成具有可應(yīng)用于本發(fā)明的共線相位匹配結(jié)構(gòu)。
圖8a和圖8b示出了 OPA單元的參量增益曲線。
圖8a是當(dāng)泵浦光的強(qiáng)度設(shè)為400 MW/cm2、 BBO晶體的長(zhǎng)度 為15mm、以及泵浦光的波長(zhǎng)i殳為532 nm、并可用于放大具有范圍 在1045 nm至1085 nm的中心波長(zhǎng)的信號(hào)時(shí)獲得的圖表。圖8b是 當(dāng)泵浦光的強(qiáng)度為400 MW/cm2 、 BBO晶體的長(zhǎng)度為11 mm、以 及泵浦光的波長(zhǎng)i殳為390 nm、并可用于i文大具有范圍在770 nm至 790 nm的中心波長(zhǎng)的信號(hào)時(shí)獲得的圖表，(對(duì)于這兩種情況，使用 與類型I相對(duì)應(yīng)的相同的相位匹配，在類型I中4言號(hào)和閑頻信號(hào)兩 者的偏光均為尋常波)。
詳細(xì)地，圖8a和圖8b是光學(xué)參量放大增益(參量增益)。例 如，圖8a的實(shí)線表示通過》文大級(jí)(其^皮i殳計(jì)為e = 22.84。， a = 0。) 所獲得的力欠大增益曲線，并且示出了相對(duì)于波長(zhǎng)為1030nm的信號(hào) 獲得了大約2500倍的信號(hào)方文大增益，并且相對(duì)于波長(zhǎng)為1050 nm 的信號(hào)獲得了大約1800倍的信號(hào)放大增益。
作為參考，圖8a的實(shí)線表示當(dāng)e-22.84。并且a-0。時(shí)所獲得的 增益曲線、圖8a的虛線表示當(dāng)e- 22.85。并且a-0。時(shí)所獲得的增益 曲線、并且圖8a的點(diǎn)劃線表示當(dāng)9 = 22.86°并且06 = 0°時(shí)所獲得的增
益曲線。
此夕卜，圖8b的實(shí)線表示當(dāng)e-29.98。并且a-0。時(shí)所獲得的增益 曲線、圖8b的虛線表示當(dāng)e-29.99。并且a-0。時(shí)所獲得的增益曲 線、并且圖8b的點(diǎn)劃線表示當(dāng)e-23.00。并且a-0。時(shí)所獲得的增益
曲線。在這種情況下，e表示晶體的光軸與泵浦光之間的夾角，ot表
示泵浦光與信號(hào)之間的夾角。本發(fā)明^吏用共線相〗立匹配以利用閑頻信號(hào)，這必須滿足如上所 述的以下條件(關(guān)系式)。
<條件>
入s —2Xp^入i，其中^是信號(hào)的波長(zhǎng)，、是泵浦光的波長(zhǎng)，Xi是
閑頻信號(hào)的波長(zhǎng)。
如果滿足上述條件，即使是在執(zhí)行共線相位匹配時(shí)，OPA增益 可作為寬帶增益而獲得。
圖9是示出了通過根據(jù)本發(fā)明的OPCPA裝置的光脈沖展寬器 (使用三階色散)展寬的原始信號(hào)的啁啾狀態(tài)的圖表，以及圖10a 和圖10b是分別示出了信號(hào)和閑頻信號(hào)的啁啾狀態(tài)的圖表，該信號(hào) 和閑頻信號(hào)是根據(jù)本發(fā)明的OPCPA裝置的OPA單元的輸出光線。
圖9和圖IO示出了這種情況，其中，例如，如上所述圖7b用 于光脈沖展寬器，并且U形啁t秋結(jié)構(gòu)的中心波長(zhǎng)左面的一部分(即， 短波長(zhǎng)部分)用作信號(hào)。
參照附圖，如果單個(gè)^K沖穿過光^K沖展寬器100，則獲得了一皮 臨時(shí)展寬的信號(hào)，如圖9中所示。
該信號(hào)不同于已穿過傳統(tǒng)光脈沖展寬器10的信號(hào)的啁啾狀態(tài)。 也就是說，在現(xiàn)有技術(shù)中，逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)用于光脈沖展寬器， 因此輸出長(zhǎng)波長(zhǎng)在前型信號(hào)。與之相反，在本發(fā)明中，其中逆平行 衍射光柵結(jié)構(gòu)和平行衍射光柵結(jié)構(gòu)連續(xù)連接的結(jié)構(gòu)用于光脈沖展 寬器，因此如圖9中所示，輸出短波長(zhǎng)(或長(zhǎng)波長(zhǎng))在前型信號(hào)。 在這種情況下，該信號(hào)具有使用三階色散的特征脈沖啁啾結(jié)構(gòu)。當(dāng)具有這樣的啁啾狀態(tài)的光學(xué)信號(hào)穿過OPA單元300時(shí)，產(chǎn) 生了放大的信號(hào)(參照?qǐng)D10a)和閑頻信號(hào)(參照?qǐng)D10b)。
該閑頻信號(hào)具有長(zhǎng)波長(zhǎng)在短波長(zhǎng)之前的啁褲火狀態(tài)。
如上所述的，本發(fā)明實(shí)施為4吏得OPA單元300的輸出光線的 泵浦光被分離并去除，并且使得輸出光線的閑頻信號(hào)和放大信號(hào)被 選擇并被傳輸?shù)较乱患?jí)(光脈沖壓縮器)。
之后，信號(hào)和閑頻信號(hào)兩者被光脈沖壓縮器臨時(shí)壓縮在一起。 因此，能量放大因數(shù)和波長(zhǎng)帶寬被加倍，從而不僅補(bǔ)償了光譜損失， 而且還獲得了具有小于原始信號(hào)脈沖寬度的臨時(shí)脈沖寬度的激光。
具有上述構(gòu)造的本發(fā)明的OPCPA裝置的纟喿作和凌文果如下所述。
已穿過具有圖6b或圖6c構(gòu)造的光脈沖展寬器100的激光具有 根據(jù)波長(zhǎng)被臨時(shí)展寬的啁啾狀態(tài)，其中二階色散(GVD)被去除。
當(dāng)U形啁嗽結(jié)構(gòu)的中心波長(zhǎng)左面的一部分(即，短波長(zhǎng)部分) 用作光脈沖展寬器100的信號(hào)時(shí)，輸出了圖9的波形。
光脈沖展寬器100的輸出光線(信號(hào))通過光路改變鏡720至 740入射到泵浦光注入分色鏡800上，并且從泵浦激光器200中輸 出的光線(泵浦光)也入射到泵浦光注入分色鏡800上。
信號(hào)和泵浦光兩者同時(shí)入射到OPA單元300上。在OPA單元
中，當(dāng)使用泵浦光放大信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生了閑頻信號(hào)，并且泵浦光本身
被衰減。因此，OPA單元的輸出光線包括衰減的泵浦光、放大的信號(hào)、 以及閑頻信號(hào)。在這種情況中，信號(hào)和閑頻信號(hào)具有幾乎相同的強(qiáng)度。
在本發(fā)明中，如果必要，聲光濾波器或啁啾鏡被設(shè)置在形成于
OPA單元上游的光路上，以使得偶數(shù)階色散(具體地，剩余的四階 色散)被去除。因此，僅留下奇數(shù)階色散(包括三階色散(TOD))。
OPA單元的輸出光線入射到泵浦光去除分色鏡400上，并被分 離為閑頻信號(hào)、信號(hào)、以及剩余光線(泵浦光)。也就是i兌，泵浦 光穿過泵浦光去除分色鏡400并^皮束流收集器500去除，并且信號(hào) 和閑頻信號(hào)兩者都從泵浦光去除分色鏡400被反射。
信號(hào)和閑頻信號(hào)兩者都入射到光脈沖壓縮器600上，并且光月永 沖壓縮器600補(bǔ)償U(kuò)形三階色散(該U形三階色散由光脈沖展寬 器施加)所導(dǎo)致的脈沖啁嗽，并因此臨時(shí)壓縮信號(hào)和閑頻信號(hào)。
在上述構(gòu)造中，如果已穿過光脈沖壓縮器的激光未被》欠大至用 戶所期望的強(qiáng)度(預(yù)定強(qiáng)度或更高強(qiáng)度)，則本發(fā)明允許激光重復(fù) 地經(jīng)過乂人光脈沖展寬器到光"永沖壓縮器的方丈大過程。在這種情況 下，盡管可采用使用光脈沖壓縮器壓縮光線(信號(hào)和閑頻信號(hào))隨 后使用光脈沖展寬器展寬光線的方法，但利用光脈沖展寬器和光脈 沖壓縮器具有相同結(jié)構(gòu)這個(gè)實(shí)際情況，通過適當(dāng)?shù)馗淖兿鄳?yīng)衍射光 柵的參數(shù)，可將光脈沖壓縮器和光脈沖展寬器整體形成為單個(gè)部 件。
盡管出于解釋的目的已披露了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng) 域中普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不背離所附權(quán)利要求中4皮露的本發(fā) 明保護(hù)范圍和精神的前提下，各種改進(jìn)、添加和替換都是可行的。工業(yè)適用'l"生
本發(fā)明的OPCPA裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，光脈沖展寬器和光脈沖壓 縮器(它們中的每個(gè)都具有逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和平行衍射光柵結(jié) 構(gòu)的連續(xù)布置)被構(gòu)造成使得三階色散(其為奇數(shù)階色散)被加強(qiáng)， 同時(shí)群速度色散被去除，并且使得具有幾乎相同強(qiáng)度的信號(hào)和閑頻 信號(hào)同時(shí)一起入射到光脈沖壓縮器上，從而加倍波長(zhǎng)帶寬以及能量 放大系數(shù)。
因此，本發(fā)明不僅可補(bǔ)償光譜損失，而且還獲得了具有小于原 始信號(hào)脈沖寬度的臨時(shí)脈沖寬度的激光。
此外，利用上述方法，在使用鐿(Yb)等的近紅外區(qū)中，本發(fā)
明的構(gòu)造可相對(duì)于超短波光源(光纖激光源等)(具有從1020 nm 至1060 nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng))將信號(hào)的光i普加4咅至大約40 nm至80 nm。具體地，這樣的構(gòu)造獲得了與Ti:藍(lán)寶石超短波激光源(近來 已用在許多領(lǐng)域中)具有微小差別的帶寬，并且可直接用于增加存 在于OPCPA裝置的1000 nm至1100 nm范圍內(nèi)波長(zhǎng)帶的Nd-序列 和Yb-序列超短波激光源的波長(zhǎng)帶寬，所述OPCPA裝置使用532 nm 4參釹4乙鋁石榴石(Nd: YAG)力口4咅泵浦光。
38
權(quán)利要求
1. 一種光參量啁啾脈沖放大(OPCPA)裝置，所述裝置包括光脈沖展寬器，用于使用奇數(shù)階色散輸出啁啾激光；泵浦激光器，用于輸出泵浦激光；光參量放大單元，用于接收所述泵浦激光和所述啁啾激光(信號(hào))、使用所述泵浦激光放大所述信號(hào)，并產(chǎn)生閑頻信號(hào)；光信號(hào)分離單元，用于將所述光參量放大單元的輸出光線分離為所述信號(hào)、所述閑頻信號(hào)、以及剩余光線(泵浦光)；以及光脈沖壓縮器，用于補(bǔ)償由所述光脈沖展寬器所賦予的奇數(shù)階色散所致的脈沖啁啾，從而將所述信號(hào)和所述閑頻信號(hào)臨時(shí)壓縮在一起，所述信號(hào)和所述閑頻信號(hào)彼此交迭，其中，在進(jìn)行共線相位匹配的情況下滿足以下關(guān)系式，<關(guān)系式>其中λs是所述信號(hào)的波長(zhǎng)，λp是所述泵浦光的波長(zhǎng)，以及λi是所述閑頻信號(hào)的波長(zhǎng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的OPCPA裝置，其中，所述光脈沖展寬 器和所述光脈沖壓縮器,皮設(shè)計(jì)以去除二階色散(群速度色散) 并且使得三階色散最大化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的OPCPA裝置，其中，所述光脈沖展寬 器和所述光脈沖壓縮器中的每個(gè)均實(shí)施為使用一半的U形啁啾結(jié)構(gòu)用于所述信號(hào)，并且使用其剩余的一半用于所述閑頻信 號(hào)，所述U形啁褲火結(jié)構(gòu)使用三階色散。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的OPCPA裝置，其中，所 述光脈沖展寬器施加容許中心波長(zhǎng)追隨周圍波長(zhǎng)并容許所述 周圍波長(zhǎng)領(lǐng)先于所述中心波長(zhǎng)的啁畔大。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的OPCPA裝置，其中，所 述光脈沖展寬器施加容許中心波長(zhǎng)領(lǐng)先于周圍波長(zhǎng)并容許所 述周圍波長(zhǎng)追隨所述中心波長(zhǎng)的啁、秋。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的OPCPA裝置，還包括用 于去除殘余偶數(shù)階色散的裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的OPCPA裝置，其中，所述偶數(shù)階色散 去除裝置為聲光濾波器和啁啾鏡中之一。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的OPCPA裝置，其中，所述偶數(shù)階色散 去除裝置被放置在位于所述光參量方欠大(OPA )單元上游的光 路上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的OPCPA裝置，其中，所 述光脈沖展寬器實(shí)施為使得逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和平行衍射 光柵結(jié)構(gòu)連續(xù)地布置，從而當(dāng)執(zhí)行脈沖啁畔大時(shí)去除二階色散(群速度色散)。
10. 才艮據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的OPCPA裝置，其中，所述光脈沖壓縮器實(shí)施為使得逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和平行衍射 光^f冊(cè)結(jié)構(gòu)連續(xù)地布置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的OPCPA裝置，其中，對(duì)用在所述逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)中的衍射光柵和用在所述平行衍射光才冊(cè)結(jié)構(gòu) 中的衍射光柵賦予不同的參數(shù)值。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的OPCPA裝置，其中，對(duì)用在所述逆 平行衍射光柵結(jié)構(gòu)中的衍射光柵和用在所述平行衍射光柵結(jié) 構(gòu)中的衍射光柵賦予不同的參數(shù)值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的OPCPA裝置，其中，所述光脈 沖展寬器和所述光脈沖壓縮器被設(shè)計(jì)為，使得用在所述光脈沖 展寬器的所述逆平行衍射光柵結(jié)構(gòu)和所述平行衍射光一冊(cè)結(jié)構(gòu) 中的所述書f射光柵的參數(shù)值分別與用在所述光脈沖壓縮器的 所述平4亍書亍射光一冊(cè)結(jié)構(gòu)和所述逆平4亍書亍射光4冊(cè)結(jié)構(gòu)中的所述 衍射光柵的參數(shù)值相同。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的OPCPA裝置，其中，所述平行衍射光 柵結(jié)構(gòu)包括具有平行布置的兩個(gè)衍射光柵，以及用于在不同的 高度下反射入射光線的單個(gè)屋脊鏡。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的OPCPA裝置，其中，所述平行衍射 光柵結(jié)構(gòu)包括具有平行布置的兩個(gè)衍射光柵，以及用于在不同 的高度下反射入射光線的單個(gè)屋脊鏡。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的OPCPA裝置，其中，所 述光參量放大單元使用非線性光學(xué)介質(zhì)而實(shí)施。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的OPCPA裝置，其中，所述非線性光 學(xué)介質(zhì)為P硼酸鋇(BBO)、三硼酸鋰(LBO)、磷酸鈥氧鉀(KTP)、磷酸二氫鐘(KDP)中之一。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的OPCPA裝置，其中，所 述光信號(hào)分離單元為泵浦光去除分色鏡，所述泵浦光去除分色 鏡用于反射從所述光參量方丈大單元輸出的所述閑頻信號(hào)和所 述放大的信號(hào)，以及使剩余光線(泵浦光)從中穿過，從而將 所述光參量放大單元的所述輸出光線分離為所述閑頻信號(hào)、所 述放大的信號(hào)、以及所述剩余光線。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的OPCPA裝置，還包括束 流收集器，用于去除由所述光信號(hào)分離單元分離出來的所述泵浦光。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的OPCPA裝置，還包括鏡(泵浦光注入分色鏡)，用于接收所述光脈沖展寬器和所述泵 浦激光器兩者的輸出光線以及將所述輸出光線傳輸?shù)剿龉?參量》文大單元。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的OPCPA裝置，還包括布 置在所述光脈沖展寬器的下游且適于將入射光線的路徑改變 成朝向泵浦光注入分色鏡的光路改變鏡。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的OPCPA裝置，還包括用 于將由所述光信號(hào)分離單元分離出來的所述信號(hào)和閑頻信號(hào) 的^各徑改變成朝向所述光"永沖壓縮器的光^各改變4竟。
23. —種光參量啁啾脈沖放大(OPCPA)裝置，所述裝置包括光脈沖展寬器，用于使用奇數(shù)階色散輸出啁啾激光； 泵浦激光器，用于輸出泵浦激光；光參量放大單元，用于接收所述泵浦激光和所述啁褲火激 光(信號(hào))，使用所述泵浦激光放大所述信號(hào)，并產(chǎn)生閑頻信光信號(hào)分離單元，用于將所述光參量放大單元的輸出光線分離為所述信號(hào)、所述閑頻信號(hào)、以及剩余光線(泵浦光)； 以及光脈沖壓縮器，用于補(bǔ)償由所述光脈沖展寬器所]3武予的奇數(shù)階色散所致的脈沖啁啾，從而將所述信號(hào)和所述閑頻信號(hào) 臨時(shí)壓縮在一起，所述信號(hào)和所述閑頻信號(hào)^皮此交迭，其中，所述光脈沖展寬器和所述光脈沖壓縮器被設(shè)計(jì)成 去除二階色散(群速度色散)并且使得三階色散最大化，其中，在進(jìn)4亍共線相4立匹配的十青況下滿足以下關(guān)系式，<關(guān)系式〉Xs =^ 2入p =f入i ，其中人s是所述信號(hào)的波長(zhǎng)，Xp是所述泵浦光的波長(zhǎng)，以及入i是所述閑頻信號(hào)的波長(zhǎng)。
24.—種光參量啁啾脈沖放大(OPCPA)裝置，所述裝置包括 光脈沖展寬器，用于使用奇數(shù)階色散輸出啁啾激光； 泵浦激光器，用于輸出泵浦激光；光參量放大單元，用于接收所述泵浦激光和所述啁畔火激 光(信號(hào))，使用所述泵浦激光放大所述信號(hào)，并產(chǎn)生閑頻信 號(hào)；光信號(hào)分離單元，用于將所述光參量放大單元的輸出光 線分離為所述信號(hào)、所述閑頻信號(hào)、以及剩余光線(泵浦光)； 以及光脈沖壓縮器，用于補(bǔ)償由所述光脈沖展寬器所貝武予的 奇數(shù)階色散所致的脈沖啁啾，從而將所述信號(hào)和所述閑頻信號(hào) 臨時(shí)壓縮在一起，所述信號(hào)和所述閑頻信號(hào)彼此交迭，其中，所述光脈沖展寬器和所述光脈沖壓縮器被i殳計(jì)成 使用一半的u形啁，湫結(jié)構(gòu)用于所述信號(hào)，并且使用其剩余的一半用于所述閑頻信號(hào)，所述u形啁畔火結(jié)構(gòu)^使用三階色散， 其中，在進(jìn)4亍共線相4立匹配的情況下滿足以下關(guān)系式， <關(guān)系式〉入s 5之入p ^入i ，其中^是所述信號(hào)的波長(zhǎng)，人p是所述泵浦光的波長(zhǎng)，以 及入i是所述閑頻信號(hào)的波長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種OPCPA裝置。本發(fā)明的OPCPA包括光脈沖展寬器(100)，用于使用奇數(shù)階色散(主要使用三階色散)輸出啁啾激光。泵浦激光器(200)輸出泵浦激光。OPA單元(300)接收泵浦激光和啁啾激光(信號(hào))，使用泵浦激光放大信號(hào)，并產(chǎn)生閑頻信號(hào)。光信號(hào)分離單元(400)將OPA單元的輸出光線分離為信號(hào)、閑頻信號(hào)、以及剩余光線(泵浦光)。光脈沖壓縮器(600)補(bǔ)償由光脈沖展寬器所賦予的奇數(shù)階色散所致的脈沖啁啾，從而將信號(hào)和閑頻信號(hào)臨時(shí)壓縮在一起，所述信號(hào)和閑頻信號(hào)彼此交迭。
文檔編號(hào)G02B5/18GK101473251SQ200780022313
公開日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月5日
發(fā)明者全炳九, 孔弘珍, 尹鎮(zhèn)雨, 曹美貞, 樸映晧, 李東原, 申載成 申請(qǐng)人:韓國科學(xué)技術(shù)院