4-11  超连续谱注入光参量放大的宽带1 053 nm飞秒脉冲产生技术

曾小明  魏晓峰  朱启华  黄小军  王  逍  王晓东  周凯南  刘兰琴  蒋东镔

光参量放大技术在理论上既可以支持窄脉宽、也可以支持大能量输出，并且可以获得非常好的光束质量和非常高的信噪比，峰值功率可以大于10 PW，是非常理想的强场物理和天体物理的实验研究平台，但由于其在时间同步、能量转换效率、增益稳定性方面的限制，它的实际输出功率非常有限。文中在100 TW钛宝石激光装置研究的基础上，结合快质子实验平台的研制要求和对光参量放大及产生技术、光参量放大增益稳定性技术已有的研究，有特色的提出了以800 nm的飞秒脉冲作为泵浦光，利用光参量产生和光参量放大技术直接获得大能量的1 053 nm种子光。

由于OPG这一非线性过程起始于参量荧光，不同波长产生于不同角度所形成的锥形光谱，导致所产生光脉冲的光谱质量和光束空间质量并不理想。如果直接以参量产生和放大光作为快质子实验平台的种子光，发现主要存在以下几个问题：(1) 该种子光的输出稳定性较差；(2) 脉冲光斑发散角太大，而且很难准直；(3) 能量转换效率偏低；(4) 若采用调Q激光作为注入种子光进行光参量产生和放大时，注入的调Q激光和参量产生的信号光很难分离开，不利于后继的脉冲继续进行展宽和放大。因此，进行了超连续光谱注入的OPG/OPA实验研究。分别利用两块一类匹配的：口径为f60 mm×60 mm×15 mm、无膜以及800 nm泵浦光脉冲宽度为150 fs，f30 mm的LN晶体，在不同的输入泵浦能量条件下，对光参量产生和放大的能量、光谱和稳定性进行了实验，结果见表1。

表 1  超连续谱注入和关闭时光参量放大的能量及稳定性对比

通过该实验，证实了通过光参量产生和放大技术，利用800 nm飞秒激光脉冲泵浦，可以获得1 053 nm的宽带飞秒脉冲，实现了800 nm和1 053 nm波长脉冲的零同步，在一定程度上取得了快质子实验平台建设的关键技术突破。再次，有特色和创新性提出，通过利用超连续谱注入放大1 053 nm脉冲光，提高了光参量放大的转换效率和光谱带宽，特别是可以改善光参量的产生和放大脉冲的发散角和输出能量稳定性。实验中获得了最大光谱带宽65 nm、最大能量4 mJ的1 053 nm宽带信号光能量和接近15%的能量转换效率，这是目前为止，国内直接利用飞秒脉冲进行光参量产生和放大获得的最大能量。