[发明专利]通过N-波混合来产生或放大光脉冲的包括快速调制装置的非线性光学系统

说明书

本发明涉及一种通过N‑波混合产生或放大光脉冲的非线性光学系统，包括适用于接收至少一个第一光脉冲(51)和至少一个第二光脉冲(52、522)的非线性光学介质(20)。根据本发明，该系统包括快速调制装置(40)，用于调制在非线性光学介质(20)中的第二光脉冲(52)与第一光脉冲(51)之间的时间延迟；用于调制时间延迟的装置(40、41、42)，位于非线性光学介质(20)的上游，并且用于调制时间延迟的装置(40、41、42)至少在第一延迟值(R1)和第二延迟值(R2)之间被调制，以便通过在非线性光学介质(20)中的所述至少一个第一光脉冲(51)和至少一个第二光脉冲的N波混合来调制光脉冲(60)的产生或放大。

技术领域

本发明涉及一种用于在紫外、可见或红外(UV、可见光、IR)光谱区域产生或放大高功率和/或高能量光脉冲的非线性光学系统。

更确切地说，本发明涉及一种用于从通过至少三个波的混合操作的非线性光学系统来控制和快速调制脉冲序列的装置。

混合脉冲序列用于产生或放大超短脉冲的非线性光学系统通常以高重复率发射脉冲，频率一般在50kHz到100MHz之间。

在本文中，“光脉冲”指的是持续时间低于毫秒的短脉冲，或者持续时间在皮秒、亚皮秒或飞秒的超短脉冲。“高功率脉冲“指的是峰值功率在1kW至1GW之间的，并且优选的，高于或等于1MW的光脉冲，“高能量脉冲”是能量在100微焦耳和1千焦耳之间的，并且优选的，高于或等于1毫焦耳的光脉冲。

背景技术

存在不同的非线性N-波混合光学系统，其中，N是大于或等于3的自然整数。在非线性光学中，N-波混合主要包括其中三个电磁波在非线性介质中相互作用时发生能量转移的三波混合，以及其中四个电磁波在非线性介质中相互作用时发生能量转移的四波混合。此外，三波混合还可以应用于和频，特别是倍频、频差和光参量放大。图1示意性示出了配置用于光学倍频的传统非线性光学系统，也称为二次谐波的产生。第一激光源11产生由给定重复频率的光脉冲形成的第一信号源51。第二激光源12产生由在第一信号源51的光脉冲上同步的光脉冲形成的第二信号源52。这里两个激光源11、12具有相同的波长。两个光脉冲信号51、52指向非线性光学介质20。非线性光学介质可以是固体介质，例如LBO、BBO、KDP晶体或光纤，或者也可以是气体介质。在光频等于两个激光源11、12的光频的两倍并且与两个源11、12具有相同的重复频率时，两个源信号51、52在非线性光学介质20中的空间和时间的叠加使得能够产生由光脉冲组成的输出信号60。

图2示意性地示出了配置用于光脉冲的光学参量放大的非线性光学系统的另一个实例。相同的参考符号表示与图1中类似的组件。通常两个激光源11、12具有大致相同的重复频率，然而脉冲的相应持续时间不必是相同的。与图1不同，在图2中，两个激光源11、12通常不具有相同的波长。由高能量脉冲组成的泵浦光束52被发送至非线性光学介质20中，以与较低能量的信号光束51相结合。在某些情况下，并且特别是泵浦光束12和信号光束11的脉冲在非线性光学介质20中的空间和时间上叠加时，可以发生从泵浦光束12向信号光束11的能量转移，从而产生伴随发射低能量剩余光束62的放大光束61。因此，这种光学参量放大技术能够将信号51放大形成所谓的放大信号61。

N-波混合的不同物理过程是非线性光学的瞬时现象，需要所涉及的所有脉冲的空间和时间上的叠加。

输出脉冲的发射率通常是固定的，根据所使用的架构和光脉冲束所需的特征。“主震荡器，功率放大器”(MOPA)架构通常用于制造高功率光脉冲激光源。在这种情况下，激光源的主振荡器以给定速率产生源脉冲，然后这些源脉冲在一个或多个放大阶段中被放大。

现在，对于某些应用程序，用户可能需要改变由非线性光学转换产生的信号的脉冲率，或者甚至完全中断然后重新发射。