堆積脈沖光參量啁啾脈沖放大器_李曉莉

1、第39卷第7期2010年7月光子學(xué)報Vol.39No.7July2010文章編號:1004-4213(2010)07-1235-4堆積脈沖光參量啁啾脈沖放大器李曉莉1,2,石順祥,趙衛(wèi),劉紅軍122(1西安電子科技大學(xué)技術(shù)物理學(xué)院,西安710071)(2中國科學(xué)院西安光學(xué)機密機械研究所瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國家重點實驗室,西安710119)摘要:以自啟動被動鎖模摻鐿光纖堆積脈沖激光器為種子源,采用非共線相位匹配的方法,進行了光參量啁啾脈沖放大器的實驗研究,得到了兩級放大總增益為1.1×10,單脈沖能量為11mJ,能量穩(wěn)定性小于2%rms,8nm的放大譜寬.實驗結(jié)果表明,采用這種結(jié)構(gòu)的光參

2、量啁啾脈沖放大器,放大增益高,系統(tǒng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、便于調(diào)節(jié),同時通過調(diào)節(jié)種子源中的堆積器,可以得到不同寬度的放大信號脈沖.關(guān)鍵詞:激光放大器;參量振蕩器與放大器;超快激光;超快技術(shù)中圖分類號:TN248.1文獻標識碼:Adoi:10.3788/gzxb20103907.123570引言眾所周知,采用堆積脈沖的方法產(chǎn)生脈沖形狀好的長脈沖是一種很有效的方法1-2光分為兩束,分別進行兩級放大;光參量放大器采用的是兩級單通放大結(jié)構(gòu),非線性晶體采用的BBO晶體,抽運光與放大器的具體結(jié)構(gòu)見文獻10;信號光源是自制的摻鐿自啟動被動鎖模堆積脈沖光纖激光器,波長為1053nm,脈寬2.43ns,頻率為3.8MH

3、z,譜寬為6nm.圖1是這種自啟動被動鎖模摻鐿堆積脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu).自啟動被動鎖模堆積脈沖光纖激光器由鎖模振蕩器、脈沖堆積器和功率放大器三部分組成,鎖模振蕩器和功率放大器的詳細參量介紹見文獻10,脈沖堆積器是由六個分光比為50%-50%的光纖耦合器構(gòu)成,耦合器4和5,6和7,8和9分別組成三級堆積器.種子脈沖光入射到耦合器4分成兩束,經(jīng)過兩段長度不同的光纖后,具有不同時延的兩束光脈沖耦合到耦合器5中合成一個長脈沖,這個從一級堆積器輸出的光脈沖耦合到,且其脈沖形狀很好,但是采用這種方法產(chǎn)生的長脈沖的能量很小.而光參量啁啾脈沖放大技術(shù)(OpticalParametric3-9ChirpedPu

4、lseAmplifier,OPCPA)是結(jié)合了光參量放大技術(shù)與啁啾脈沖放大系統(tǒng)的一種新技術(shù),同其他同類技術(shù)相比,它具有單通增益高,寬的增益帶寬,放大過程中無增益窄化現(xiàn)象,好的輸出光束質(zhì)量,低的熱損耗以及B積分,高的信噪比以及低的預(yù)脈沖,故已成為代替CPA技術(shù)成為產(chǎn)生高功率激光源的一個重要手手段.本文采用了以去掉壓縮部分的自啟動被動鎖模摻鐿堆積脈沖光纖激光器為種子源,實現(xiàn)了兩級光參量放大器.實驗得到了1.1×10兩級放大總增益,單脈沖能量為11mJ,能量穩(wěn)定性小于2%,放大信號光譜寬8nm,同時測到了譜寬為8nm的閑頻光譜.采用這種結(jié)構(gòu),系統(tǒng)增益高,抽運光的轉(zhuǎn)換效率高,同時大大抑制參量

5、放大過程中參量熒光的產(chǎn)生及其對參量放大過程的影響,使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,便于調(diào)節(jié),便于應(yīng)用.71實驗裝置采用堆積脈沖光纖激光器為種子源的光參量啁啾脈沖放大器主要包括抽運源、種子源和放大器三個部分,抽運光源采用的是有種子注入的單縱模調(diào)Q激光器的倍頻輸出光,中心波長為532nm,抽運國家自然科學(xué)基金(60408002)資助Tel:02988209243Email:lxl820106:2010-圖1堆積脈沖光纖激光器的實驗裝置Fig.1Experimentalsetupofthestackingpulsefiberlaser1236光子學(xué)報39卷運光強處達到增益飽和.實驗最終得到總的輸出信號光脈沖能量1

6、1mJ,其相應(yīng)的能量增益為1.1×107.由于實驗過程中增益達到飽和,所以大大提高了輸出信號光能量的穩(wěn)定性,實驗測得能量穩(wěn)定性為<2%rms.圖2測得的信號光光譜和脈沖形狀Fig.2Measuredspectrumandtemporalintensityprofileofthechirpedseedpulse二級堆積器,隨后耦合入三級堆積器中.一、二、三級堆積器中光纖的長度差分別為6cm,14cm和27cm.由這個自啟動被動鎖模摻鐿堆積脈沖光纖激光器輸出的光脈沖形狀和光譜如圖2.通過調(diào)整這三級堆積器中光纖的長度差,可以的到不同形狀和脈沖寬度的長脈沖.堆積脈沖信號光經(jīng)過選單后,與

7、抽運光經(jīng)過DG535和5046精確時間同步后,進入到光參量放大器中進行放大.圖3放大信號光增益隨抽運光強的變化關(guān)系Fig.3Experimentalgainoftheamplifierversusthepumppulseintensity2.2放大前與放大后的信號光光譜放大前與放大后光譜特性如圖4.其中,圖4(a)表示輸入與輸出1053nm的信號光譜,可以看出,經(jīng)過放大過程后,光譜帶寬有所加寬,由原來的6nm增加到8nm.圖4(b)表示測量的與放大信號光同時輸出、能量與之相近、中心波長為1075nm的閑頻光光譜,光譜的半高全寬為8nm.2實驗結(jié)果與討論對采用堆積脈沖的光參量啁啾脈沖放大器進行了

8、實驗研究,得到了這種放大器的增益、輸出光脈沖的時間、光譜特性.2.1抽運光強與信號光放大增益之間的關(guān)系在入射信號光單脈沖能量為1nJ情況下,信號光放大增益與抽運光強之間的關(guān)系如圖3,圖中每一個測量值表示1min(600點)連續(xù)實驗測量的平均值.由圖可知,當抽運光強為350MW/cm時,通過第一級放大器放大后,可以得最大單通能量增益達6000倍.為進一步增加信號光增益,將第一級放大輸出的信號光注入到結(jié)構(gòu)相似的第二級放大器中,測得單通能量增益約1880倍,并在接近最大抽7期李曉莉,等:堆積脈沖光參量啁啾脈沖放大器1237運源時域匹配的同時,大大簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),并且便于調(diào)節(jié)、維護.參考文獻1WAN

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13、sersystemJ.ActaOpticaSinica,2007,27(7):1338-1343.2.3放大后的信號光脈沖放大后信號光的輸出脈沖如圖5,脈沖寬度為2.3ns.與輸入信號光脈沖相比,脈沖形狀一致,脈寬窄一些,脈沖上升沿為450ps.圖5用寬帶示波器測的放大后的信號光脈沖,脈沖寬度2.3nsFig.5Broad-bandoscillographtraceoftheamplifiedsignalpulsewiththewidthdurationof2.3ns王紅英,劉紅軍,李曉莉,等.寬帶光學(xué)參變啁啾脈沖放大系統(tǒng)的色散控制J.光學(xué)學(xué)報,2007,27(7):1338-1343.9CA

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15、-lockedfiberlaserJ.OptExpress,2007,15(8):4493-4498.11LIXiao-li,SHIShun-xiang,LIUHong-jun,etal.Controlofsuperfluorescencefortheopticalparametricchirpedpulseamplifierbasedonfiberlaser.ActaPhotonicSinica,2008,37(4):667-670.李曉莉,石順祥,劉紅軍,等.光纖激光器光參量啁啾脈沖放大現(xiàn)象J.光子學(xué)報,2008,37(4):667-670.實驗結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的ns光參量啁啾脈沖放大器相

16、比,采用堆積脈沖光纖激光器作為光參量放大器的種子源,其放大增益高,能量穩(wěn)定性好,參量熒光小,并且通過調(diào)節(jié)堆積脈沖激光器中的堆積器,可以得到不同脈寬的OPCPA放大脈沖.113結(jié)論本文采用摻鐿自啟動被動鎖模堆積脈沖光纖激光器作為種子源進行了兩級光參量啁啾脈沖放大器的實驗研究,實驗結(jié)果表明,采用堆積脈沖光纖激光器為種子源,可以有效地滿足信號光與納秒量級抽1238光子學(xué)報39卷StackingPulseOpticalParametricChirpedPulseAmplifierLIXiao-li1,2,SHIShun-xiang,ZHAOWei,LIUHong-jun122(1SchoolofTec

17、hniquePhysics,XidianUniversity,Xian710071,China)(2StateKeyLaboratoryofTransientOpticsandPhotonics,XianInstituteofOpticsandPrecisionMechanics,ChineseAcademyofSciences,Xian710119,China)Abstract:Acompact,lowcost,stablenoncollinearopticalparametricchirpedpulseamplificationsystemis3+studied,whichisseeded

18、byanYb-dopedself-startingpassivemode-lockedstackingpulsefiberlaser7centeredat1053nm.Againhigherthan1.1×10,singlepulseenergyexceeding11mJwithfluctuationslessthan2%rms,8nmamplifiedsignalspectrumareachieved.Differentpulsedurationsofamplified3+signalareobtainedbyadjustingthestackeroftheYb-dopedself-startingpassivemode-lockedstackingpulsefiberlaser.Keywords:Laseramplifiers;Parametricoscillatorsandamplifiers;Ultrafastlasers;UltrafasttechnologyLIXiao-liwasbornin1974.Sheisst