近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室孫美智副研究員等人與中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所涂小牛副研究員組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，提出了一種交叉法珀腔內(nèi)光參量放大技術(shù)（XOPA）新構(gòu)型，并基于SG-Ⅱ 5PW激光裝置前端平臺(tái)完成了實(shí)驗(yàn)論證。相關(guān)成果以“Optical Parametric Amplification in Crossed Fabry‐Perot Cavities”為題，發(fā)表于Laser Photonics Reviews。

光參量放大技術(shù)（OPA）以及啁啾脈沖光參量放大技術(shù)（OPCPA）是當(dāng)前快速發(fā)展的高功率激光系統(tǒng)的重要技術(shù)路線(xiàn)，更是未來(lái)數(shù)十到數(shù)百拍瓦激光系統(tǒng)的主流技術(shù)路線(xiàn)。該領(lǐng)域的發(fā)展對(duì)激光放大技術(shù)在效率、能量、帶寬、增益、光束質(zhì)量、信噪比以及整形能力等方面提出了全面要求。

研究團(tuán)隊(duì)將非線(xiàn)性晶體置于交叉法珀腔內(nèi)，約束信號(hào)光與泵浦光實(shí)現(xiàn)多通傳輸、能量轉(zhuǎn)換，階段性消除閑置光，抑制混頻三波能量回流，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)光對(duì)泵浦光能量的單調(diào)性提取。在實(shí)驗(yàn)上利用上海硅酸鹽研究所提供的YCOB晶體，實(shí)現(xiàn)了800nm波段信號(hào)光對(duì)泵浦光轉(zhuǎn)換效率56.28%、光譜寬度120nm的輸出能力；此外，研究人員設(shè)計(jì)不相等的雙法珀腔的腔長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了啁啾脈沖信號(hào)光的高對(duì)比度放大與整形。該項(xiàng)研究表明，XOPA構(gòu)型具備高轉(zhuǎn)換效率前提下的時(shí)域、空域與頻域整形能力，且普適于所有波段、所有非線(xiàn)性晶體的非共線(xiàn)光參量放大過(guò)程，對(duì)提升高功率激光系統(tǒng)綜合性能具有重要意義。

相關(guān)工作得到科技部政府間國(guó)際科技創(chuàng)新合作重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)A類(lèi)項(xiàng)目與上海市揚(yáng)帆計(jì)劃項(xiàng)目的支持。

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圖1 XOPA構(gòu)型示意圖

圖2 XOPA的7通放大過(guò)程的(a)光譜演化與(b)轉(zhuǎn)換效率理論模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果