OPA光学参量放大器是什么?国产OPA稳定性如何?
光学参量放大器(Optical parametric amplifier,简称OPA)是一种使用光学参量生成(简称OPG)对激光波长转换装置的总称。光学参量放大,通过计算机控制非线性介质的角度,只需触摸按钮即可产生各种波长的光。
光学参量生成(OPG)
光参量产生(OPG)是用于产生与特定波长的激光不同波长的激光的手段之一。这是一种基于非线性光学的产生光的方法,这种现象等同于差分频率的产生。产生的两个激光脉冲的波长由相位匹配条件决定。相位匹配条件根据入射泵浦光和晶轴之间的角度而变化。即,可以根据相位匹配条件改变信号光和惰轮光的波长(可以说产生了频率可变的相干光)。它与简并四波混频的效果有关。此过程称为光学参数生成(OPG)。
光学参量放大器(OPA)
光学参量放大是通过利用非线性光学效应来增加特定频率的光强度的操作,配备有该机制的设备称为光学参量放大器。在光学参量放大中,信号光被称为种子光和种子光,并且被泵浦光放大。作为放大的结果,泵浦光的强度变得非常弱,并且产生空转光。信号光和泵浦光在非线性介质中相互作用以产生空转光的原理与产生差频相同,但是光参量放大强调放大信号光。这是因为入射到介质上的信号光的强度比泵浦光的强度低得多,因此泵浦光的能量移动到信号光和惰轮光。
与激光放大器的比较
参量放大器的工作波长范围并不局限在激光器增益介质的激光跃迁很窄的波长范围内;
其增益带宽由放大器晶体的色散性质和长度决定,而不是激光跃迁过程;
泵浦光为脉冲时,单位长度的增益比激光器增益大很多;
参量放大器并不存储能量,即它只在被泵浦时发生放大过程。因此放大的脉冲与辅助脉冲的能量差很大;
OPA中不产热(吸收损耗非常小)使其可以应用在高功率工作条件下;
简并参量放大过程是与相位有关的,并且可避免量子噪声。
通俗说:OPA光参量方法是一束频率为vP(泵频) 的强激光和一束频率为vS(信号频率简作信频)的弱激光同时射入非线性介质时,如信频光被放大,同时产生频率为vi(vP=vS+vi)的闲置频率光,这种现象称为光参量放大。这样弱vS等于说被强vP给加强了,就能得到很强的信号,有利于data收集与解析。主要应用于:荧光蛋白多光子显微镜、近红外超连续谱生成、泵浦探针光谱、时间分辨光谱学、太赫兹辐射等其它科研应用。
目前,光学参量放大器OPA主要由进口品牌所占领,由于多为国内代理/贸易商服务,设备价格昂贵且售后服务不完善。
国产飞秒光参量放大器(femtosecond optical parametric amplifier, fs-OPA)系统,由大连化物所成功研发制造完成。采用国产华日激光(Huaray Laser)的Femto-10系列光纤飞秒激光器作为泵浦源。该产品实现650-980 nm (信号光)+1200~2400 nm(闲频光)的波长输出。使用棱镜对压缩后脉宽可小于60 fs,最大转化效率大于15%,长时间输出稳定性好于0.25% RMS,并可实现波长和脉宽压缩的全自动控制。
↑870nm处压缩后的自相关测量结果
↑6小时长时间输出稳定性
华日激光的Femto-10 系列光纤飞秒激光器,采用自主研发的种子源,具备稳定、可靠的性能,可保证7 天24 小时工作,优秀的光学特性保证其更适宜于作为OPA的泵浦光源。
相比于进口产品,该款fs-OPA产品在白光产生部分做了重要改进,使OPA输出具有更大的转换效率和更高的稳定性。更重要的是,仅需要500 nJ泵浦能量即可达到泵浦阈值。这项技术将在飞秒光谱、生物成像等领域有广阔的应用前景。目前,该产品已经商品化,实现国产替代进口光参量放大器,并将由华日激光面向市场进行推广。