[发明专利]稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源

说明书

技术领域

本发明涉及超短激光脉冲，特别是一种稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源。该装置通过光学参量放大过程把交叉偏振波产生的低能量高对比度飞秒激光脉冲进行放大，再经过补偿压缩，实现了高对比度超短激光脉冲的长期稳定输出。

背景技术

随着激光技术的高速发展，高功率激光系统的聚焦功率密度已达到>10²²W/cm²，在不久的将来可能会达到>10²⁵W/cm²，在这样的极端强度下，超强超短激光脉冲的时域对比度已成为强场激光物理等前沿研究中一个关键的因素。超强超短激光脉冲的时域对比度定义为主脉冲强度与其它卫星脉冲或是自发放大辐射（ASE）强度的比值。

目前，已有多种实用的提高脉冲时域对比度的方法，例如：可饱和吸收体（SA）技术、双啁啾脉冲放大（DCPA）技术，交叉偏振波产生（XPW）技术，光学参量放大（OPA）技术等。可饱和吸收体技术是一种简单传统的方法，但是提升对比度能力不强。双啁啾脉冲放大技术可有效提高对比度，但成本较高，结构较复杂。交叉偏振波产生技术结构简单，使用方便，能产生宽带的超短激光脉冲，但是对比度提高受偏振片消光比的限制，对于未来更高聚焦功率密度下要求的更高的对比度无法满足，并且非线性晶体需要工作在较高的功率密度下，容易在工作的过程中被打坏，长期工作稳定性较差。光学参量放大技术摆脱了偏振片消光比的限制，可有效提升脉冲的对比度，获得大能量稳定输出。如果把交叉偏振波产生技术与光学参量放大技术结合起来，控制交叉偏振波产生的入射能量，产生稳定的低能量高对比度的宽带超短激光脉冲，然后再经过光学参量放大过程对此激光脉冲进行放大，在同等输出能量水平下，既可以实现超短激光脉冲的稳定输出，也可以保证超短激光脉冲高的时域对比度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源。此装置既避免了大能量下交叉偏振产生过程中晶体的严重损伤问题，也实现了高对比度激光脉冲的长期稳定输出。为激光与物质相互作用的超快领域提供了可靠的激光光源。

本发明的具体技术解决方案如下：

一种稳定的高对比度飞秒激光脉冲种子源，包括泵浦源，其特点在于其构成：在所述的泵浦源输出的泵浦光方向依次是分束片、偏振片、第一透镜、置于真空管腔中的空心光纤，第一色散补偿装置、第一反射镜、第二反射镜、第二透镜、交叉偏振波产生装置、半波片以及第三反射镜，在所述的分束片的反射光束方向依次是二次谐波产生装置、第四反射镜，在所述的第三反射镜的反射光束方向和第四反射镜的反射光束方向的交点位置为光学参量放大器，在光学参量放大器输出光束方向为第二色散补偿装置，其工作过程如下：

所述的泵浦源输出的泵浦光束经过分束片后被分成透射光束和反射光束，所述的透射光束经过偏振片进行检偏后再经第一透镜聚焦进入所述的的空心光纤进行整形滤波，整形滤波后的激光光束经第一色散补偿系统进行色散补偿压缩，经第一反射镜、第二反射镜反射后，再经第二透镜聚焦进入交叉偏振波产生装置产生高对比度的飞秒超短激光脉冲，该飞秒超短激光脉冲作为信号光依次经过半波片、第三反射镜进入光学参量放大器中的非线性晶体内，所述的反射光束经过二次谐波产生装置产生倍频光，该倍频光作为泵浦光经第四反射镜进入光学参量放大器（16）中的非线性晶体内，与进入的信号光相互作用得到放大的信号光，该放大的信号光经第二色散补偿系统进行色散补偿压缩后输出长期稳定的高对比度飞秒超短激光脉冲。

所述的光学参量放大器中的非线性晶体为β-偏硼酸钡晶体（BBO）、三硼酸锂晶体（LBO）、硼酸铋晶体（BIBO）或磷酸钛氧钾晶体（KTP）。

所述的二次谐波产生装置的非线性晶体为β-偏硼酸钡晶体（BBO）、三硼酸锂晶体（LBO）或硼酸铋（BIBO）晶体。

所述的交叉偏振波产生装置中的非线性晶体为氟化钙（CaF₂）晶体或氟化钡（BaF₂）晶体置于真空环境中。

所述的第一色散补偿系统和第二色散补偿系统为啁啾镜对或是石英片。

本发明的优点与创新点为：

1．本装置结合了交叉偏振波产生技术与光学参量放大技术各自的优点，在同等输出能量的情况下，既避免了大能量下交叉偏振波产生技术中非线性晶体的严重损伤问题，又保证了高的脉冲时域对比度，提高了系统的长期工作稳定性。

2．本装置利用空心光纤对激光脉冲进行整形滤波，消除了光束指向性等造成的抖动性影响。

附图说明