中科院上海硅酸鹽所研制的Sm:YCOB晶體首次應(yīng)用于新概念激光技術(shù)驗證

最近，上海交通大學(xué)激光研究小組采用中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所非線性光學(xué)晶體材料研究小組制備的Sm:YCOB晶體，開展了新概念激光技術(shù)原理性驗證實驗，實現(xiàn)了70%的泵浦光耗損和47%的信號光的內(nèi)轉(zhuǎn)換效率，大幅度超越了當(dāng)前已報道的啁啾脈沖OPA（Optical parametric amplification, OPA, 光參量放大）的國際最好結(jié)果，達(dá)到了傳統(tǒng)高效率二倍頻和三倍頻的技術(shù)水平，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Optica 2015, 2 (11), 1006-1009上。

激光峰值功率由脈沖帶寬（脈寬）和效率（能量）確定，因此，完美型的強激光放大器以超寬帶和高效率為特征標(biāo)志。迄今為止，強激光的啁啾脈沖放大（Chirped-pulse amplification, CPA）主要依賴于兩類寬帶激光放大器，包括以鈦寶石為代表的能級型增益介質(zhì)和光參量放大OPA，它們分別具有皮實高效和超大帶寬的特征，但無法同時集兩個優(yōu)點于一身。為挑戰(zhàn)超短超強激光“超越拍瓦（>1015W）”極限，上海交通大學(xué)教授錢列加帶領(lǐng)的激光研究小組近期提出了啁啾脈沖的“準(zhǔn)參量放大（Quasi-parametric amplification，QPA）”新概念技術(shù)。QPA可被看作是OPA的一種變形和升華（唯一的改變在于將OPA晶體替換成QPA專用晶體），它同時具備能級放大器的高效率和OPA的超寬帶特征，將為啁啾脈沖提供理想的放大環(huán)境。新提出的QPA放大方案可阻斷嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)換效率的參量逆過程，完全消除信號光能量的非線性倒流問題。這是一種與能級放大器高度相似的準(zhǔn)參量過程，具有多方面誘人的突出優(yōu)點：（1）同時具備超大帶寬和接近理論極限的高效率；（2）不發(fā)生倒流逆過程，并對泵浦激光以及位相失配不敏感。

為驗證QPA新概念，必須首先尋找或設(shè)計出能夠滿足QPA要求的非線性光學(xué)晶體材料，即能夠吸收閑頻光而不影響泵浦光和信號光透過的晶體。前期，上海硅酸鹽所非線性光學(xué)晶體材料研究小組與上海交通大學(xué)激光研究小組緊密合作，摒棄了傳統(tǒng)的BBO和LBO等非線性光學(xué)晶體，基于基底非線性性能、結(jié)構(gòu)相容、摻雜能級、偏析等多因素設(shè)計和實驗，最終設(shè)計確定了適合于532nm、800nm高透且1572nm吸收可調(diào)的目標(biāo)體系。基底選用具有優(yōu)良非線性光學(xué)性能且結(jié)構(gòu)相容性較大的YCOB晶體，為QPA量身定制了摻雜稀土離子的Sm:YCOB晶體，可兼容最佳的超寬帶位相匹配條件。這一設(shè)計思路具有較大普適性，適用于不同匹配波長QPA的晶體材料設(shè)計問題。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在CrystEngComm. 2013,15, 6244-6248上。