一种基于偏振分解级联放大和时间走离补偿的矢量光束光学参量放大装置

本发明涉及超快激光，特别是一种基于偏振分解级联放大和时间走离补偿的矢量光束光学参量放大装置。

背景技术：

1、随着矢量光束的出现与发展，其新颖的光学特性为人类的科学研究与生产生活带来了前所未有的发展机遇，包括在超精密激光加工、超高分辨率成像、光通信以及强场激光物理等多种研究领域，矢量光束的发展为其带来了全新的技术手段和重要的应用价值。同时，随着近年来超强超短激光技术的飞速发展，中红外、高功率、短脉宽的矢量光束的产生及应用研究成为一个重要的探索方向。

2、在工业加工上，利用矢量光束突破衍射极限的更小横向焦斑可以实现超高分辨率和深宽比的激光微加工。此外，由于材料对中红外波段的选择性吸收，中红外激光有助于实现更好的控制精度、控制效率以及减小相邻层影响。高功率的矢量光束在加工上可以有效地提升激光加工的深度。而短脉宽的飞秒激光则可以实现高精度的激光冷加工。因此，中红外、高功率、短脉宽的矢量光束可以为激光加工带来更好的控制水平，更强的加工深度与更高的分辨率等，在高精密装备生产制造、生物医疗手术等领域发挥重要的作用。

3、但是，由于矢量光束非均匀偏振分布的特点，一方面造成了其难以通过啁啾脉冲放大及光学参量放大技术获得能量的提升，也就限制了矢量光束的功率提升能力。另一方面，也造成难以通过非线性频率变换的手段获得中红外的矢量光束，从而限制了矢量光束的波长拓展能力。

4、因此，本发明面向中红外、高功率、短脉宽的矢量光束的发展需求，针对矢量光束非均匀偏振分布特点与光学参量放大过程的偏振敏感性这两者之间的矛盾，通过偏振分解级联放大和时间走离补偿的光学参量放大方案，有效解决了非均匀偏振分布的矢量光束放大难的问题，为进一步发展中红外超强超短矢量光束提供一种全新技术手段。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术不足，本发明提供一种基于偏振分解级联放大和时间走离补偿的矢量光束光学参量放大装置。

2、本发明的技术解决方案如下：

3、一种基于偏振分解级联放大和时间走离补偿的矢量光束光学参量放大装置，包括沿光路依次放置的超连续谱产生模块、一级放大模块、矢量光束产生模块和两块双色镜；其中，所述的超连续谱产生模块用于产生超连续谱，作为光学参量放大的种子光；所述的一级放大模块，用于提高所述种子光能量；所述的矢量光束产生模块，用于将种子光转换为矢量光束；所述的两块双色镜，分别用来合束和分束，从而引入和导出泵浦光；其特点在于：在所述的两块双色镜之间沿光路依次放置第一光学参量放大晶体、第一时间走离补偿晶体、第二光学参量放大晶体和第二时间走离补偿晶体，且所述第一时间走离补偿晶体相对所述第一光学参量放大晶体旋转90°，所述第二时间走离补偿晶体相对所述第二光学参量放大晶体旋转90°；

4、所述的第一块光学参量放大晶体，采用第二类相位匹配，利用泵浦光放大所述矢量光束中一个分量；所述的第一块时间走离补偿晶体，用于对所述第一块光学参量放大晶体引起的矢量光束中一个分量的走离进行时间补偿；所述的第二块光学参量放大晶体，采用第二类相位匹配，利用泵浦光放大所述矢量光束的另一个分量，从而实现矢量光束各偏振方向的同时放大；所述的第二块时间走离补偿晶体，对所述第二块光学参量放大晶体引起的的矢量光束中另一个分量的走离进行时间补偿，确保放大过程的时间相干性。

5、进一步，所述第一光学参量放大晶体采用e+o→e相位匹配级联的方案，即泵浦光(e)放大矢量光束的o光分量，而在第三块晶体上，采用o+e→e匹配方式，泵浦光(e)放大矢量光束的e光分量，从而实现矢量光束各偏振方向的同时放大。

6、本发明的优点：

7、本发明通过偏振分解和不同相位匹配方式级联的方法，实现非均匀偏振光学参量放大，有效解决矢量光束光学参量放大中的偏振敏感问题，提升超强超短矢量光束的波长、能量拓展性。

8、本发明通过利用光学参量放大同参数晶体旋转90°来精确补偿矢量光束的时间走离，保证了放大后的矢量光束的各偏振状态的时间相干性。

技术特征：

1.一种基于偏振分解级联放大和时间走离补偿的矢量光束光学参量放大装置，包括沿光路依次放置的超连续谱产生模块、一级放大模块、矢量光束产生模块和两块双色镜；其中，所述的超连续谱产生模块用于产生超连续谱，作为光学参量放大的种子光；所述的一级放大模块，用于提高所述种子光能量；所述的矢量光束产生模块，用于将种子光转换为矢量光束；所述的两块双色镜，分别用来合束和分束，从而引入和导出泵浦光；其特征在于：在所述的两块双色镜之间沿光路依次放置第一光学参量放大晶体、第一时间走离补偿晶体、第二光学参量放大晶体和第二时间走离补偿晶体，且所述第一时间走离补偿晶体相对所述第一光学参量放大晶体旋转90°，所述第二时间走离补偿晶体相对所述第二光学参量放大晶体旋转90°；

2.根据权利要求1所述的基于偏振分解级联放大和时间走离补偿的矢量光束光学参量放大装置，其特征在于：所述第一光学参量放大晶体采用e+o→e相位匹配级联的方案，即泵浦光(e)放大矢量光束的o光分量，而在第三块晶体上，采用o+e→e匹配方式，泵浦光(e)放大矢量光束的e光分量，从而实现矢量光束各偏振方向的同时放大。

技术总结本发明面向中红外、高功率、短脉宽的矢量光束的发展需求，针对矢量光束非均匀偏振分布特点与光学参量放大过程的偏振敏感性这两者之间的矛盾，利用偏振分解级联放大的方法，通过将矢量光束按正交偏振分解，先后利用两块不同匹配方式的非线性晶体，实现了非均匀偏振光学参量放大；利用光学参量放大同参数晶体旋转90°来精确补偿矢量光束的时间走离，保证了放大后的矢量光束的各偏振状态的时间相干性。本发明有效解决了非均匀偏振分布的矢量光束放大难的问题，为进一步发展中红外超强超短矢量光束提供一种全新技术手段。技术研发人员：刘云鹏,钱俊宇,彭宇杰,冯壬誉,李妍妍,冷雨欣受保护的技术使用者：中国科学院上海光学精密机械研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/11