基于全光纤激光器的光参量放大系统

摘要

本发明涉及一种基于全光纤激光器的光参量放大系统。本发明的技术解决方案是：本发明包括泵浦源、信号源、同步发生器、放大器和压缩器，信号源触发同步发生器，同步发生器控制泵浦源，信号源与泵浦源同时接入放大器，放大器接入压缩器。本发明为解决背景技术中的啁啾脉冲光参量放大器存在的整个系统难以维护、稳定性不高、结构不紧凑且易产生光学损伤的技术问题，而提供一种结构紧凑、性能稳定、光束质量好、信噪比高、单程增益高的基于全光纤激光器的光参量放大系统。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于全光纤激光器的光参量放大系统。

背景技术

能量超强、脉冲宽度极短的飞秒激光的发展，直接带动物理、化学、生物、材料与信息科学的研究进入微观超快过程领域。尤其是利用啁啾脉冲光参量放大技术来产生超强、超短的飞秒激光在强场物理、X射线、阿秒科学以及图像信息处理技术等领域有着及其重要的应用价值。研究和开发结构紧凑、体积小、稳定性高的啁啾脉冲光参量放大器显得尤为重要。

传统的啁啾脉冲光参量放大器，一般由飞秒振荡器、展宽器、放大器和压缩器等装置构成，此种结构的放大器会导致整个系统难以维护、稳定性不高、结构不紧凑且易产生光学损伤等缺点。

发明内容

本发明为解决背景技术中的啁啾脉冲光参量放大器存在的整个系统难以维护、稳定性不高、结构不紧凑且易产生光学损伤的技术问题，而提供一种结构紧凑、性能稳定、光束质量好、信噪比高、单程增益高的基于全光纤激光器的光参量放大系统。

本发明的技术解决方案是：本发明为一种基于全光纤激光器的光参量放大系统，其特殊之处在于：该放大系统包括泵浦源29、信号源22、同步发生器33、放大器34和压缩器30，信号源22触发同步发生器33，同步发生器33控制泵浦源29，信号源22与泵浦源29同时接入放大器34，放大器34接入压缩器30。

上述泵浦源29采用Seeded PR II 8010型大能量单纵模调Q Nd:YAG激光器或ps级泵浦源。

上述信号源22采用光纤激光器。

上述同步发生器33包括棱镜25、棱镜26、普克尔盒27、5046E(普克尔盒驱动电源)23、DG535(数字脉冲延时/发生器)24，棱镜25、棱镜26分别设置在普克尔盒27两侧，5046E23、DG53524分别与普克尔盒27相接，5046E23与DG53524相接，棱镜26接入5046E23，DG53524接入泵浦源29。

上述放大器34包括分束镜1、半波片2、偏振片3、双凸透镜4、真空管5、双凸透镜6、双色镜7、第二级放大晶体8、吸收盒9、高阈值膜反射镜10、半波片11、偏振片12、双凸透镜13、真空管14、双凸透镜15、双色镜16、第一级放大晶体17、吸收盒18、双凸透镜19、双凸透镜20、转偏镜21、反射镜28、双色镜31和转偏镜32；同步发生器33出射的光路上依次发置有反射镜28、转偏镜21、双凸透镜20、双色镜16、第一级放大晶体17、双色镜31、双凸透镜19、双色镜7、第二级放大晶体8、转偏镜32和压缩器30；泵浦源29由分束镜1出射两路光，一路光路上依次设置有半波片2、偏振片3、双凸透镜4、真空管5、双凸透镜6、第二级放大晶体8和吸收盒9，另一路光路上依次设置有高阈值膜反射镜10、半波片11、偏振片12、双凸透镜13、真空管14、双凸透镜15、第一级放大晶体17和吸收盒18。

上述双凸透镜20为1个、2个或3个。

上述双凸透镜19为1个、2个或3个。

上述第二级放大晶体8、第一级放大晶体17为BBO晶体。

本发明是将光纤激光器输出的一束信号光，经普克尔盒选取单脉冲后，直接进入非线性晶体中与一束同步的、高能量纳秒级的窄带泵浦光进行光参量耦合，同时产生第三束光即闲置光，耦合过程中能量从泵浦光脉冲转换到信号光脉冲，从而信号光脉冲被放大，放大后的信号光脉冲用结构简单的双光栅压缩器压缩到近傅立叶变换极限。因此本发明采用了光纤激光器、放大器和压缩器，并且利用非线性光纤环形镜锁模的8字形腔掺镱光纤激光器具有自启动、长时间稳定锁模、极少受外界环境变化的影响的特点，采用集成化的被动锁模掺镱光纤激光器作为种子源，避免了光学损伤的同时，大大提高了整个系统的稳定性，使得整个系统结构紧凑、便于维护。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明实施例的结构示意图；

图3为本发明实施例的入射信号光的脉冲曲线图；

图4为本发明实施例的一级放大信号光增益图；

图5为本发明实施例的二级放大信号光增益图；

图6为本发明实施例的入射信号光和放大信号光光谱图；

图7为本发明实施例的闲频光光谱图。

附图标记说明如下：

1-分束镜、2-半波片、3-偏振片、4-双凸透镜、5-真空管、6-双凸透镜、7-双色镜、8-第二级放大晶体、9-吸收盒、10-高阈值膜反射镜、11-半波片、12-偏振片、13-双凸透镜、14-真空管、15-双凸透镜、16-双色镜、17-第一级放大晶体、18-吸收盒、19-双凸透镜、20-双凸透镜、21-转偏镜、22-信号源、23-5046E(普克尔盒驱动电源)、24-DG535(数字脉冲延时/发生器)、25-棱镜、26-棱镜、27-普克尔盒、28-反射镜、29-泵浦源、30-压缩器、31-双色镜、32-转偏镜、33-同步发生器、34-放大器。

具体实施方式

参见图1，本发明包括泵浦源29、信号源22、同步发生器33、放大器34和压缩器30，信号源22触发同步发生器33，同步发生器33控制泵浦源29，信号源22与泵浦源29同时接入放大器34，放大器34接入压缩器30。

其中泵浦源29采用Seeded PR II 8010型大能量单纵模调Q Nd:YAG激光器或ps级泵浦源。

信号源22采用光纤激光器。

参见图2，本实用新型的具体实施例中，其同步发生器33包括棱镜25、棱镜26、普克尔盒27、5046E(普克尔盒驱动电源)23、DG535(数字脉冲延时/发生器)24，棱镜25、棱镜26分别设置在普克尔盒27两侧，5046E23、DG53524分别与普克尔盒27相接，5046E23与DG53524相接，棱镜26接入5046E23，DG53524接入泵浦源29。放大器34包括分束镜1、半波片2、偏振片3、双凸透镜4、真空管5、双凸透镜6、双色镜7、第二级放大BBO晶体8、吸收盒9、高阈值膜反射镜10、半波片11、偏振片12、双凸透镜13、真空管14、双凸透镜15、双色镜16、第一级放大BBO晶体17、吸收盒18、双凸透镜19、双凸透镜20、转偏镜21、反射镜28、双色镜31和转偏镜32；同步发生器33出射的光路上依次设置有反射镜28、转偏镜21、双凸透镜20、双色镜16、第一级放大BBO晶体17、双色镜31、双凸透镜19、双色镜7、第二级放大BBO晶体8、转偏镜32和压缩器30；泵浦源29由分束镜1出射两路光，一路光路上依次设置有半波片2、偏振片3、双凸透镜4、真空管5、双凸透镜6、第二级放大BBO晶体8和吸收盒9，另一路光路上依次设置有高阈值膜反射镜10、半波片11、偏振片12、双凸透镜13、真空管14、双凸透镜15、第一级放大BBO晶体17和吸收盒18。

其中双凸透镜20可以为1个、2个或3个，凸透镜19为1个、2个或3个。

第二级放大晶体8、第一级放大晶体17采用BBO晶体。

本发明工作时，将光纤激光器22输出的360ps、中心波长为1053nm的种子光用格兰棱镜24分为两束，一束用PIN接收作为普克尔盒27电源触发信号，另一束进入普克尔盒27进行单脉冲选取。用普克尔盒27控制电源的输出信号触发DG535，DG535的某一输出通道经延迟170μs后，来触发泵浦光的调Q开关，已达到种子同步控制泵浦光，同步精度达到500ps。将单脉冲种子光的偏振方向转换成水平偏振，注入BBO晶体中。泵浦源29发出的泵浦光经高阈值膜反射镜、半波片、偏振片、双凸透镜、真空管后在BBO晶体中与单脉冲种子光进行光参量放大，放大后的信号光脉冲用压缩器30压缩到接近傅立叶变换极限。

参见图3-7，此为当种子源单脉冲能量为1.5nJ、重复频率为3.8MHz时的效果图，两级泵浦光强均为350MW/cm²，能量均为150mJ。放大过程采用非共线、第一类相位匹配方式。放大介质采用BBO晶体，尺寸为6mm×6mm×16mm，切割角为θ＝22.86°，Φ＝0°。非共线角为0.67°(晶体外部角度为1.1°)。总的净增益达到4×10⁶。最终输出能量为6mJ，能量波动＜2％。