2-5微米大能量光学参量放大技术的研究

High peak power femtosecond laser pulses in the range of 2-5 μm have great value in many fields such as sicience, environment and militaty. Traditionally, the laser is obtained based on the technology of optical parametric amplification (OPA) and difference frequency generation (DFG), the disadvantage is low conversion efficiency. During these years, great attentions have been paid on the development of OPA system that can directly generate 2-5 μm laser pulses, but there are still a lot of technical problems remain to be solved and most of the research is done under the condition of low pump power. This project is planning to upgrade the home-built high power OPA system and extent its output wavelength to 2-5 μm. Besides, research of laser pulse compression at IR region (2.2 μm, for example) is also included in the project, in order to explore the way of obtaining cycle-level, carrier envelope phase (CEP) stabilized IR laser pulses.

输出波长2-5μm的高峰值功率红外飞秒脉冲激光在科学、环境、军事等诸多战略高科技领域有着重要的应用价值。利用传统的光学参量放大（OPA）技术结合差频产生（DFG）技术虽然可以实现该波段的激光输出，但转化效率非常低。目前，国际上正在开展利用光学参量放大（OPA）技术直接获得红外长波长激光脉冲的研究，仍有很多技术难点尚未攻克，并且大部分研究还都是在低泵浦功率条件下开展的。本课题拟在实验室原有研究的基础上，进一步将自建的大能量光学参量放大器的输出波长拓展至更长波段（2-5μm）。同时，本课题还将开展红外波段（如2.2μm）脉冲压缩技术的研究，探索在红外波段获得周期量级、载波包络相位（CEP）稳定的激光脉冲的技术途径。

输出波长在2-5微米的高峰值功率红外长波长可调谐超短激光脉冲在科学、环境、军事等诸多战略高科技领域有着重要的应用价值，发展该类型激光光源具有重大意义。.本课题主要针对大能量泵浦条件下获得可调谐红外长波长超短激光脉冲的关键科学技术进行研究，实现了2-5微米可调谐激光脉冲输出，在调谐范围内实现了最高能量达毫焦耳量级、脉冲宽度为周期量级、载波包络相位稳定的激光输出；并利用发展的新型红外长波长超短激光实验平台，重点开展了如THz、水窗波段高次谐波产生等前沿领域研究。.本课题围绕项目任务书总体目标，并按照年度研究计划实施研究工作，已全面完成了项目任务书各年度计划任务，并实现了预定的研究目标，本课题取得的相关重要进展与研究成果如下：.创新发展基于OPA与HCF的超短激光脉冲产生技术，首次产生圆偏振态载波包络相位稳定的周期量级红外激光脉冲，压缩脉冲宽度达1.5个光周期，长时间载波包络相位稳定性达570mrad，并基于得到的CEP稳定的圆偏振周期量级红外激光脉冲进行了THz偏振态控制研究，为THz的偏振控制提供了一种新的方法。周期量级激光脉冲的偏振态控制对于强激光场中电子态的相干控制和探测有重要意义。.发展基于光学参量放大技术的高光束质量、高能量和宽带可调谐的中红外超短激光脉冲产生技术，获得了至今为止飞秒OPA中最好的光束质量。闲置光波长调谐范围为2.4µm到4.0µm，整个系统的转换效率接近15%，且稳定性好，此光学参量放大器已用于高次谐波产生实验研究并已初步取得较好结果。并结合OPA与DFG技术，获得了4.0-5.2µm可调谐激光输出。.理论研究了基于空心光纤中分子相位调制的脉冲压缩方法，此方法适用于频率可调谐 、光谱平滑、周期量级的脉冲激光产生；理论研究了基于充有氮气空心光纤的激光脉冲中心波长调谐现象，为超短激光脉冲的中心波长调谐提供了一种新的途径。.三年来，本课题已在国内外重要学术刊物上公开发表学术论文6篇（其中SCI收录论文6篇）；已申请并授权发明专利2项；在本课题资助下，已培养或协助培养博士4名。