[发明专利]一种可调谐宽带中红外激光系统

说明书

本申请涉及一种可调谐宽带中红外激光系统，系统包括：脉冲激光器产生的脉冲激光，经分束镜分成两束脉冲激光，第一束脉冲激光经过第一脉冲展宽器，到达耦合镜，第二束脉冲激光经过宽带信号光产生器得到宽带信号光，宽带信号光经过第二脉冲展宽器，到达耦合镜，第一束脉冲激光和宽带信号光共同经过耦合镜，进入非线性晶体，得到放大后的宽带信号光、闲频光和残余泵浦光。通过分光镜，将闲频光、放大后的宽带信号光和残余泵浦光分离，脉冲压缩器将分离后的闲频光的脉宽压缩，得到中红外超短脉冲激光。通过本申请中的可调谐宽带中红外激光系统，可以得到可调谐的中红外超短脉冲激光。

技术领域

本申请涉及超快激光技术领域，特别是涉及一种可调谐宽带中红外激光系统。

背景技术

由于缺乏合适的激光增益介质，只有极少数特定波长的激光能够由受激辐射的激光介质直接产生。目前，能级型的商品化激光器主要集中在1-2μm的近红外波段。介于近红外与太赫兹(THz)之间的中红外波段，是非常重要的电磁辐射波段。典型的中红外波长为3-5μm，正好对应大气的第二“窗口”以及多数分子的指纹谱。中红外超短脉冲激光是研究窄能带半导体和超晶格多量子阱带间瞬态跃迁过程、分子内和分子间能量转移等动力学问题的重要手段。利用光学的二阶非线性效应，能够引导三种不同频率激光之间的能量传递。其中的光参量放大(Optical Parametric Amplification，以下简称为OPA)，可以将短波长的泵浦光(例如钛宝石激光)，通过非线性下转换，把能量传递至长波长的中红外激光。

OPA凭借其高增益、宽带宽、宽调谐等优点，成为产生中红外脉冲激光最常用的技术手段。对超短脉冲激光而言，若想在有限长的非线性晶体中获得足够的转换效率，需要以极高峰值功率的脉冲激光作泵浦，而泵浦光的峰值功率会受限于非线性晶体的损伤阈值，因而难以直接产生超短超强的中红外脉冲激光。光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)结合了啁啾脉冲放大(CPA)长脉冲泵浦和OPA高增益的优点，可获得超高峰值功率的脉冲激光。通常情况下，OPCPA的相位匹配条件是基于信号光中心波长优化的，对中心波长的增益最高。但由于非线性晶体材料存在色散，仍难实现单级光参量放大的宽带相位匹配，造成偏离中心波长的光谱分量的相位失配量增大，增益减小，进而导致OPCPA增益带宽的窄化，限制了输出超短脉冲激光的极限带宽。

因此，现有技术有待改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是光参量放大受制于晶体损伤阈值，只能得到较低转换效率，以及光参量啁啾脉冲放大难以实现宽带相位匹配的问题，本申请提供一种可调谐宽带中红外激光系统，可以得到可调谐的中红外超短脉冲激光。

本发明提供了一种可调谐宽带中红外激光系统，所述系统包括：脉冲激光器、分束镜、第一脉冲展宽器、宽带信号光产生器、光路延时器、第二脉冲展宽器、耦合镜、非线性晶体、分光镜、脉冲压缩器；

所述脉冲激光器产生的脉冲激光，经所述分束镜分成两束脉冲激光，第一束脉冲激光经过所述第一脉冲展宽器，到达所述耦合镜，第二束脉冲激光经过所述宽带信号光产生器得到宽带信号光，所述宽带信号光经过所述第二脉冲展宽器，到达所述耦合镜，所述第一束脉冲激光和所述宽带信号光共同经过所述耦合镜，经所述耦合镜射出的所述第一束脉冲激光和所述宽带信号光，进入所述非线性晶体，得到放大后的宽带信号光、闲频光和残余泵浦光，通过所述分光镜，将所述闲频光、放大后的宽带信号光和残余泵浦光分离，所述脉冲压缩器将分离后的所述闲频光的脉宽压缩，得到中红外超短脉冲激光，其中，所述第一束脉冲激光为泵浦光；

所述光路延时器设置在所述第一脉冲展宽器和所述耦合镜之间或者所述第二脉冲展宽器和所述耦合镜之间，通过引入预设时间延时，使所述第一束脉冲激光和所述宽带信号光时间同步；

经过啁啾展宽的所述第一束脉冲激光，与经过啁啾展宽的所述宽带信号光的啁啾方向相反；所述第一束脉冲激光与所述宽带信号光在所述非线性晶体中作光参量放大，得到所述放大后的宽带信号光、闲频光和残余泵浦光；所述闲频光的带宽，由所述非线性晶体的相位匹配带宽决定。