载波包络相位稳定光脉冲的无压缩和单光束产生制造技术

本发明专利技术特别针对用于从输入光脉冲产生光载波频率f

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】synthesis with sub
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cycle waveform control for strong
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field physics(用于强场物理的具有子周期波形控制的高能脉冲合成)Nature Photonics(《自然光子学》)5，475
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479(2011)描述了一种源概念，其包括CEP相位被主动稳定的超快脉冲发生器，用于将这些脉冲的频谱扩展到红外的装置、两个脉冲整形器、两个由两个泵浦波长非共线泵浦的光参量放大器和由基于互相关检测的测量装置控制的相位系统。
[0009]作为稳定CEP的被动反馈机制的一个示例，A.等人在第13届International Conference on Ultrafast Phenomena(《超快现象国际会议》)，2002OSA Technical Digest Series(技术文摘系列)(Optical Society of America(《美国光学学会》)，2002)中的文献“All
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optical self
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stabilization of carrier
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envelope phase offset in few
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cycle pulses by optical parametric amplifiers(光参量放大器对少周期脉冲载波包络相位偏移的全光自稳定)”描述了经由二阶非线性过程(诸如差频产生(DFG))的各种被动稳定的光学方案。
[0010]文献中描述了通过DFG产生超快激光脉冲。在具有二阶非线性光学特性的材料中，载波频率为f
s
的第一光脉冲(下文称为“信号”脉冲)与载波频率为f
p
>f
s
的第二光脉冲(下文称为“泵浦”脉冲)相互作用。在相互作用期间，“泵浦”脉冲的能量的一部分被转移到被放大的“信号”脉冲。同时，产生第三光脉冲并共放大第三光脉冲。被称为“闲频”脉冲的该第三脉冲的载波频率等于f
p
‑
f
s
。“闲频”脉冲的CEP在常数内等于“泵浦”信号的CEP和“信号”脉冲的CEP之间的差。如果该差值以可重复的方式(即，从一个脉冲到另一个脉冲)是恒定的，则“闲频”脉冲的CEP随时间稳定，即使“泵浦”脉冲或“信号”脉冲都没有共享该特性。由于DFG是局部的和瞬时的过程，差频产生被限制在DFG介质上具有近似相等的光学群延迟的波长。
[0011]通过DFG的被动稳定的少周期光脉冲的产生可以被分成两类。
[0012]当“信号”波和“泵浦”波来自单个宽带光束时，第一类称为脉内DFG。在C.P.Hauri等人的“Generation of intensity,carrier
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envelope phase
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locked less
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cycle laser pulse through filamentation(通过成丝产生强度、载波包络锁相少周期激光脉冲)”Appl.Phys.B(《应用物理学B》)79(6),673
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677(2004)中给出了脉内DFG的示例。
[0013]当“信号”和“泵浦”波是沿着不同光路传播的两个光束时，即使一个光束是从另一个光束导出的，第二类也被称为脉间DFG。这种结构的共同实施方式是通过在体晶体中的成丝从“泵浦”产生“信号”光束。G.Cirmi，C.Manzoni，D.Brida，S.De Silvestri和G.Cerullo的文献“Carrier
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envelope phase stable,few
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optical
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cycle pulses tunable from visible to near IR(载波包络相位稳定，从可见光到近红外可调谐的少光周期脉冲)”J.Opt.Soc.Am.B(《美国光学学会学报B》)25,B62
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B69(2008)公开了图1所示的脉间DFG的示例。
[0014]原则上，由脉内DFG产生的光脉冲的CEP稳定性优于由脉间DFG产生的光脉冲的CEP稳定性，因为“泵浦”和“信号”共享也称为单光束的公共光路。然而，脉内DFG需要超宽带压缩脉冲，其难以产生和管理，尤其是在μJ
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量级。作为示例，将需要超过300THz的带宽以通过DFG产生约1μm的CEP稳定脉冲。压缩这种带宽，即等于所有频率分量的光学群延迟，是需要复杂和米量级技术设置的重大的技术挑战。在Wirth，Adrian等人的文献中“Synthesized light transients(合成光瞬变)”Science(《科学》)334.6053(2011):195
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200给出了这种设置的示例。
[0015]此外，已知的用于通过DFG间产生稳定的光脉冲的系统需要使用增加这种系统的整体尺寸的镜子。此外，分束器的存在意味着光使用不同的路径，从而导致“泵浦”和“信号”光束的相对路径长度的不稳定性，从而导致“闲频”光束的CEP的不稳定性。
[0016]因此，需要通过避免分束和脉冲压缩两者来改进从输入光脉冲产生给定光载波频率的CEP稳定光脉冲。

技术实现思路

[0017]根据第一方面，本专利技术被实现为单光束和无压缩光学系统，其用于从输入光脉冲产生光载波频率f
i
的载波包络相位稳定(CEP稳定)光脉冲，所述输入光脉冲具有光载波频率f
p
和脉冲持续时间T
p
。该光学系统包括：
[0018]‑
双折射介质(B)，用于在输入中接收所述输入光脉冲；以及用于以每对线性偏振脉冲(PP)具有沿着第一方向和第二方向(E1，E2)的正交偏振且每对线性偏振脉冲(PP)具有近似等于或大于所述输入光脉冲的所述脉冲持续时间(T
p
)的相对光学群延迟的方式来提供成对的线性偏振脉冲(PP)作为输出；
[0019]‑
非线性介质(NL)，用于在输入中接收所述双折射介质(B)的输出；以及用于以每对线性偏振脉冲(PP)的两个脉冲中的至少一个被频谱展宽的方式来提供成对的线性偏振脉冲(PP)作为输出；
[0020]‑
透明的色散光学系统(O)，用于在输入中接收所述非线性介质(NL)的输出；以及用于以在每对线性偏振脉冲(PP)的两个脉冲之间具有全部或部分时间重叠的方式来提供成对的线性偏振脉冲(PP)作为输出；
[0021]‑
参量装置(DFG)，用于在输入中接收所述透明的色散光学系统(O)的输出；以及用于提供沿着所述第一方向(E1)偏振的频率分量和沿着所述第二方向(E2)偏振的频率分量之间的频率差作为输出。
[0022]光学系统还可以包括：
[0023]‑
滤光器(F)，用于在输入中接收所述参量装置(DFG)的输出；以及用于提供对所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种单光束和无压缩光学系统，其用于从输入光脉冲产生光载波频率f
i
的载波包络相位稳定(CEP稳定)光脉冲，所述输入光脉冲具有光载波频率f
p
和脉冲持续时间T
p
，所述系统包括：
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双折射介质(B)
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用于在输入中接收所述输入光脉冲；以及
‑‑
用于以每对线性偏振脉冲(PP)具有沿着第一方向和第二方向(E1，E2)的正交偏振且每对线性偏振脉冲(PP)具有近似等于或大于所述输入光脉冲的所述脉冲持续时间(T
p
)的相对光学群延迟的方式来提供成对的线性偏振脉冲(PP)作为输出；
‑
非线性介质(NL)
‑‑
用于在输入中接收所述双折射介质(B)的输出；以及
‑‑
用于以每对线性偏振脉冲(PP)的两个脉冲中的至少一个被频谱展宽的方式来提供成对的线性偏振脉冲(PP)作为输出；
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透明的色散光学系统(O)
‑‑
用于在输入中接收所述非线性介质(NL)的输出；以及
‑‑
用于以在每对线性偏振脉冲(PP)的两个脉冲之间具有全部或部分时间重叠的方式来提供成对的线性偏振脉冲(PP)作为输出；
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参量装置(DFG)
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用于在输入中接收所述透明的色散光学系统(O)的输出；以及
‑‑
用于提供沿着所述第一方向(E1)偏振的频率分量和沿着所述第二方向(E2)偏振的频率分量之间的频率差作为输出。2.根据权利要求1所述的光学系统，还包括：
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滤光器(F)
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用于在输入中接收所述参量装置(DFG)的输出；以及
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用于提供对所述参量装置(DFG)的输出的所述频率差的提取作为输出。3.根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述滤光器是二向色镜。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学系统，还包括用于控制所述输入光脉冲的偏振状态的波片。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学系统，还包括光学器件，所述光学器件置于所述色散光学系统(O)和所述参量装置(DFG)之间，所述光学器件：
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用于在输入中接收所述色散光学系统(O)的输出；以及
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用于将所述色散光学系统(O)的输出聚焦在所述参量装置(DFG)上。6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，所述双折射介质(B)具有等于或大于100μm的厚度，并且所述双折射介质包括选自方解石晶体、石英晶体、α
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BBO晶体、YVO4晶体和TeO2晶体中的至少一种晶体。7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学系统，其中，所述色散光学系统(O)包括选自玻璃窗、YAG晶体、厚透镜、方解石晶体、石英晶体、α
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BBO...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯，
申请(专利权)人：法斯特莱特公司，
类型：发明
国别省市：