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上海硅酸盐所研制的Sm:YCOB晶体首次成功应用于新概念激光技术验证
2018-01-19 16:20:33 | 【 【打印】【关闭】

  最近,上海交通大学激光研究小组采用中国科学院上海硅酸盐研究所非线性光学晶体材料研究小组制备的Sm:YCOB晶体,开展了新概念激光技术原理性验证实验,实现了70%的泵浦光耗损和47%的信号光的内转换效率,大幅度超越了当前已报道的啁啾脉冲OPAOptical parametric amplification, OPA, 光参量放大)的国际最好结果,达到了传统高效率二倍频和三倍频的技术水平,相关结果发表在Optica 2015, 2 (11), 1006-1009上。 

  激光峰值功率由脉冲带宽(脉宽)和效率(能量)确定,因此,完美型的强激光放大器以超宽带和高效率为特征标志。迄今为止,强激光的啁啾脉冲放大(Chirped-pulse amplification, CPA)主要依赖于两类宽带激光放大器,包括以钛宝石为代表的能级型增益介质和光参量放大OPA,它们分别具有皮实高效和超大带宽的特征,但无法同时集两个优点于一身。为挑战超短超强激光超越拍瓦(>1015W极限,上海交通大学钱列加教授带领的激光研究小组近期提出了啁啾脉冲的准参量放大(Quasi-parametric amplificationQPA新概念技术。QPA可被看作是OPA的一种变形和升华(唯一的改变在于将OPA晶体替换成QPA专用晶体),它同时具备能级放大器的高效率和OPA的超宽带特征,将为啁啾脉冲提供理想的放大环境。新提出的QPA放大方案可阻断严重影响转换效率的参量逆过程,完全消除信号光能量的非线性倒流问题。这是一种与能级放大器高度相似的准参量过程,具有多方面诱人的突出优点:(1)同时具备超大带宽和接近理论极限的高效率;(2)不发生倒流逆过程,并对泵浦激光以及位相失配不敏感。 

  为验证QPA新概念,必须首先寻找或设计出能够满足QPA要求的非线性光学晶体材料,即能够吸收闲频光而不影响泵浦光和信号光透过的晶体。前期,上海硅酸盐所非线性光学晶体材料研究小组与上海交通大学激光研究小组紧密合作,摒弃了传统的BBOLBO等非线性光学晶体,基于基底非线性性能、结构相容、掺杂能级、偏析等多因素设计和实验,最终设计确定了适合于532nm 800nm高透且1572nm吸收可调的目标体系。基底选用具有优良非线性光学性能且结构相容性较大的YCOB晶体,为QPA量身定制了掺杂稀土离子的Sm:YCOB晶体,可兼容最佳的超宽带位相匹配条件。这一设计思路具有较大普适性,适用于不同匹配波长QPA的晶体材料设计问题。相关结果发表在CrystEngComm. 2013,15, 6244-6248上。  

图1. 生长制备的不同Sm3+掺杂量的SmxY1-xCOB晶体(左图)及其对应1572nm附近的近红外吸收光谱(右图) 

  图2. 激光实验装置原理图及采用Sm:YCOB与BBO晶体分别实现QPA和OPA在转换效率、相位失配容许、输出光波形、压缩脉宽等方面的对比

  

  图3. QPA过程中信号光(正方形)和闲频光(圆形)转换效率测试结果

  附论文链接:

  https://www.osapublishing.org/optica/abstract.cfm?URI=optica-2-11-1006

  http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2013/CE/C3CE40411K

    

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