[发明专利]高能量中红外飞秒激光器及其中红外飞秒激光产生方法

说明书

本发明公开了一种高能量中红外飞秒激光器及其中红外飞秒激光产生方法，该激光器包括依次设置的中红外皮秒脉冲激光光路、中红外激光放大器和脉冲压缩器；其中，中红外激光放大器采用多冲程板条放大结构。本发明采用多冲程板条结构放大中红外超短脉冲激光，具有模式匹配好、制冷效果佳、热效应小、增益高等诸多优点，可以获得高能量、高效率、高光束质量的中红外超短脉冲激光输出。

技术领域

本发明涉及超快激光技术领域，具体涉及一种高能量中红外飞秒激光器及其中红外飞秒激光产生方法。

背景技术

中红外飞秒激光在热成像、环境监测、中红外制导、光电对抗等领域具有广泛的应用。特别的，高脉冲能量的中红外飞秒激光在强场物理、阿秒科学、高次谐波产生、频率梳精密测量等应用领域有着独特的优势。

目前，主要通过将可见光波段或近红外波段的飞秒激光参量下转换产生中红外飞秒激光，包括光参量振荡(OPO)和光参量放大(OPA)等方式。利用OPO产生中红外飞秒激光需要采用同步泵浦技术，因此对谐振腔调节精度要求极高，导致激光系统的抗环境干扰能力差；另外，受限于谐振腔的光学长度，通过OPO产生的中红外飞秒激光的重复频率通常为百兆赫兹量级，因此单脉冲能量往往很低(仅数十nJ)，难以满足实际应用的需求。OPA是目前产生高能量中红外飞秒激光的主流方式，其产生的单脉冲能量可达mJ量级，但是OPA通常采用多级放大，并且每一级放大都要严格保证泵浦光与闲频光在时间上同步和空间上重叠，因此调节难度大、系统复杂且成本高；另外，OPA过程中泵浦光和闲频光之间容易出现逆转换效应，从而破坏闲频光的时域波形和相干性，因此通常需要将OPA的转换效率压制在较低的水平。2019年，文献1[E.Migal,A.Pushkin,B.Bravy etal.,3.5-mJ 150-fs Fe:ZnSehybrid mid-IR femtosecond laser at 4.4μm for driving extreme nonlinearoptics,Optics Letters 44(10),2550-2553(2019)]在利用OPA产生低能量中红外飞秒激光的基础上通过块状Fe:ZnSe晶体啁啾脉冲放大(CPA)中红外飞秒激光，最后实现了3.5mJ的4.4微米中红外飞秒激光输出。尽管该方案获得了较高能量的中红外飞秒激光输出，但是仍然采用了3级OPA系统，因此依然存在调节难度大、系统复杂、成本高、转换效率低等问题；另外，受限于块状Fe:ZnSe晶体的增益能力和散热能力，难以进一步提高中红外飞秒激光的脉冲能量。文献2[L.J.He,K.Liu,Y.Bo etal.,30.5-μJ,10-kHz,picosecond opticalparametric oscillator pumped synchronously and intracavity by a regenerativeamplifier,Optics Letters 43(3),539-542(2018)]提出利用再生放大OPO技术将高重频(76MHz)、低能量(22.4nJ)的1微米皮秒激光转换为低重频(10kHz)、高能量(30.5μJ)的1.5微米皮秒激光，该方案仅需要OPO腔的光学长度与再生放大腔的光学长度保持一致，从而降低了对谐振腔调节精度的要求。这种技术从原理上可以产生较高能量的中红外皮秒脉冲激光，但是受限于非线性光学晶体的损伤阈值并且没有考虑色散补偿，因此难以产生高能量(mJ量级)的中红外飞秒脉冲激光。

因此，行业内急需研发一种结构简单、能产生高能量、高效率、高光束质量的中红外飞秒激光的激光器。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种能产生高效率、高光束质量的高能量中红外飞秒激光器及其中红外飞秒激光产生方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种高能量中红外飞秒激光器，包括依次设置的中红外皮秒脉冲激光光路、中红外激光放大器和脉冲压缩器；其中，中红外激光放大器采用多冲程板条放大结构。