超强激光科学卓越创新简报

(第五百二十二期)

2024年6月6日

上海光机所在高效光参量放大技术方面取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室孙美智副研究员等人与中国科学院上海硅酸盐研究所涂小牛副研究员组成的联合研究团队，提出了一种交叉法珀腔内光参量放大技术（XOPA）新构型，并基于SG-Ⅱ 5PW激光装置前端平台完成了实验论证。相关成果以“Optical Parametric Amplification in Crossed Fabry‐Perot Cavities”为题，发表于Laser Photonics Reviews。

光参量放大技术（OPA）以及啁啾脉冲光参量放大技术（OPCPA）是当前快速发展的高功率激光系统的重要技术路线，更是未来数十到数百拍瓦激光系统的主流技术路线。该领域的发展对激光放大技术在效率、能量、带宽、增益、光束质量、信噪比以及整形能力等方面提出了全面要求。

研究团队将非线性晶体置于交叉法珀腔内，约束信号光与泵浦光实现多通传输、能量转换，阶段性消除闲置光，抑制混频三波能量回流，从而实现信号光对泵浦光能量的单调性提取。在实验上利用上海硅酸盐研究所提供的YCOB晶体，实现了800nm波段信号光对泵浦光转换效率56.28%、光谱宽度120nm的输出能力；此外，研究人员设计不相等的双法珀腔的腔长，实现了啁啾脉冲信号光的高对比度放大与整形。该项研究表明，XOPA构型具备高转换效率前提下的时域、空域与频域整形能力，且普适于所有波段、所有非线性晶体的非共线光参量放大过程，对提升高功率激光系统综合性能具有重要意义。

相关工作得到科技部政府间国际科技创新合作重点项目、国家自然科学基金、上海市自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项A类项目与上海市扬帆计划项目的支持。

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图1 XOPA构型示意图

图2 XOPA的7通放大过程的(a)光谱演化与(b)转换效率理论模拟与实验结果