双色光相干合成的光路稳定系统研究

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多通道激光的相干合成可以突破单路激光输出能量的极限,同时可以分段放大并压缩光谱实现少周期脉冲产生。近年来,飞秒激光相干合成技术也为强场物理的研究提供了有效的工具。其中,双色合成光场在孤立阿秒脉冲产生与表征以及分子原子结构探测等方面有着重要的应用。实验中,双色场的相对相位抖动以及空间上指向的偏移都会影响最终光场的合成效果。因此研究双色光相干合成的光路稳定系统有着十分重要的意义。本文针对双色飞秒激光相干合成光路中的空间指向稳定以及时间上的相对相位的稳定进行了研究,主要内容包括以下几个方面:1)针对激光光束在空间上的稳定,搭建了光束指向稳定系统。实验中采用光束位置探测器实时检测激光光束空间指向偏移量,同时结合比例-积分-微分(Proportion Integration Differentiation,简称PID)算法反馈调控二维电动光学调整架,实现对光束指向的稳定控制。该系统有效地将x轴方向光束偏移抖动从40.4μm降低至6.4μm,y轴方向光束偏移抖动从45.7μm降低至5.9μm,使得整个光路空间稳定性得到显著提升。2)针对800 nm与400 nm飞秒脉冲双色光相对相位的稳定,基于马赫曾德尔干涉仪搭建了相对相位稳定系统。通过在双色光相干合成光路中引入连续光,从连续光的干涉条纹中提取出双色合成光的相对延时信息,并利用PID算法进行反馈控制。在实验中,该系统有效地将相对延时抖动从1.29 fs降低至35 as,相应的双色光相对相位抖动从3.84 rad降低至0.1064 rad,有效提高了双色光相干合成中相对相位的稳定性。3)针对无法引入连续光的光路系统,搭建了平衡光学互相关光路稳定系统,并将该系统应用到800 nm红外激光与光参量放大系统产生的1300 nm中红外激光相干合成产生阿秒脉冲实验中。对于光程约为2米的光路,双色合成光在2两小时内的相对延时抖动稳定到了437 as。三种光路稳定系统分别从空间和时间上提高光路的稳定性,为双色场的相干合成实验提供精密的时间与空间稳定控制,从而有望在双色场产生与调控阿秒脉冲、探测原子分子结构等相关研究中发挥重要作用。
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