[发明专利]单晶体可调谐宽带非共线飞秒光参量放大方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于单晶体的可调谐宽带非共线飞秒光参量放大方法及装置。

背景技术

超短激光脉冲技术在物理学、化学、生物学、医学研究及超快技术领域中具有广泛而特殊的应用。超短激光脉冲技术发展迅速，其产生的超短激光脉冲脉宽越来越宽，强度越来越高。超快过程的研究经常需要可调谐的超短激光脉冲，从红外到可见光波段可调谐的飞秒激光脉冲，可用于研究非线性光学、超快时间分辨光谱学和固体、液体中的超快过程。光参量放大即是获得从红外到可见光波段可调谐的飞秒激光脉冲的最方便、最可靠的方法之一。非共线光参量放大能产生高质量纠缠态光场，可用于完成和验证理论上已提出的量子通讯的实验方案，如：量子离物传态、量子密集编码以及量子纠错等。

传统共线光参量放大，相位匹配条件下可满足中心波长处的抽运光、信号光和闲频光，但对于超短激光脉冲、尤其是飞秒脉冲，激光脉冲具有很宽的频谱，在参量过程中将有部分频率分量不能满足相位匹配条件造成的增益下降。由于共线方式只能使信号光和抽运光在较窄的光谱范围内实现相位匹配，因此放大后信号光的光谱窄化，从而影响到转化效率和输出脉冲的宽度。

超短脉冲非共线光参量放大，具有扩展共线参量变化的可调谐性。通过引入非共线角，可以有效地补偿参量光波的分离，减少参量光波间的群速失配，增加有效互作用长度，从而增加转化效率。超短脉冲的参量放大过程中，采用非共线互作用的方式可以实现信号光和闲频光的群速度匹配，且能大大增加参量光的接收角，因此可以获得极宽的增益带宽，实现高增益。

传统的非共线光参量放大装置，主要包括钛宝石再生放大激光系统、二次谐波产生、超连续谱产生和通过1-2mm type I偏硼酸钡(BBO)非线性晶体的光参量放大四部分，输出从可见光到近红外光的可调谐μJ能量，可通过二次放大阶段放大能量。传统的非共线光参量放大装置采用两块非线性晶体BBO，一块用于对泵浦光源输出光产生倍频效应，一块用于光参量放大。存在的主要缺点是：结构相对复杂，体积较大，两块非线性晶体BBO装配匹配较复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶体可调谐宽带非共线飞秒光参量放大方法及装置，其解决了背景技术中结构复杂，成本较高的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种单晶体可调谐宽带非共线飞秒光参量放大方法，其特殊之处在于：该方法的实现步骤包括：

(1)将泵浦源输出的光通过玻璃片GP分成两束；

(2)较弱的一束反射光通过透镜L1后，聚焦至产生超连续谱的晶体S，形成稳定的白光；再经准直透镜L2准直，透过全反镜M2，入射至非线性晶体BBO，形成光参量放大的水平方向偏振的信号光；

(3)较强的一束透射光通过透镜L3，经延迟器CC延迟至与信号光同步，入射至非线性晶体BBO，在非线性晶体BBO内倍频后，转变为竖直方向偏振的抽运光；

(4)入射至非线性晶体BBO内的抽运光与信号光的非共线夹角为3±0.5°，抽运光与信号光产生第I类相位匹配的非共线光参量放大，同时满足倍频相位匹配角和非共线光参量放大相位匹配角的信号光被放大；

(5)根据设计要求微调非线性晶体BBO的相位匹配角，同时调谐抽运光和信号光之间的延迟，得到信号光的设计要求频率成分的光参量放大。

上述经准直透镜L2准直的白光，以通过银镜M、银镜M′反射后入射至全反镜M2为宜。

上述通过玻璃片GP分出的透射光一般占泵浦源输出光的95-94％，通过玻璃片GP分出的反射光一般占泵浦源输出光的5-6％。

上述产生超连续谱的晶体S可采用白宝石、氟化钙片或光子晶体光纤。当产生超连续谱的晶体S采用光子晶体光纤时，通过玻璃片GP分出的反射光应经衰减片衰减后再入射至透镜L1。

一种实现上述单晶体可调谐宽带非共线飞秒光参量放大方法的装置，包括接收泵浦源输出光的玻璃片GP，其特殊之处在于，该装置还包括：设置于玻璃片GP透射光路上的透镜L3，通过全反镜M3接收透镜L3输出光的延迟器CC；设置于玻璃片GP反射光路上的透镜L1，设置于透镜L1输出光路上的产生超连续谱的晶体S，设置于产生超连续谱的晶体S输出光路上的准直透镜L2，设置于准直透镜L2输出光路上的全反镜M2，全反镜M2同时位于延迟器CC的输出光路上；

接收准直透镜L2输出的经全反镜M2的透射光、延迟器CC输出的经全反镜M2的反射光的非线性晶体BBO。

上述准直透镜L2与全反镜M2之间以设置将准直透镜L2输出光反射至全反镜M2的银镜M及银镜M′为宜。