用于控制所发射的激光脉冲的电磁属性的光学混合方法与流程

本公开涉及由超短脉冲激光器引起的等离子体发射，并且更具体地涉及用于控制来自单个源和长距离的发射的电磁属性的光学混合方法。

背景技术：

1、超短脉冲激光器(uspl)的丝化(filamentation)已被证明可以生成涵盖rf和光学领域的极宽带二次电磁发射。特别是，它已被认为是强烈thz波生成的来源。传统系统使用2色方法将thz发射增强几个数量级。这些传统方法通常基于使用β硼酸钡(bbo)晶体等在短距离(小于一米)内将基本激光波长与其二次谐波与基本光束混合。由于多种原因，这种方法很难在更远的范围内实施。例如，需要以高精度在空间和时间上重叠两束超短脉冲激光束。随着范围的扩大，这一点越来越难以实现，因为通过大气传播会引入需要补偿的时间和相位失真。由于两个光束具有不同的传播速度，因此需要延迟其中一个光束，从而使它们在所需范围内暂时重叠。此外，两个光束之间不同的群速度分散会生成不同的时间伸长(脉冲宽度)，这可能导致两个光束聚焦在不同的范围，从而失去空间重叠。为了保持长距离的时间和空间重叠，需要实施复杂的方案，从而导致笨重而精密的激光系统。例如，要在1km处暂时重叠两个100fs脉冲宽度的光束，需要在整个1km范围内保持两个光束之间的路径差优于30μm。

2、使用更多光束，混合基本、二次和三次谐波已被证明可以比仅两种颜色提供更多的thz生成增强，但系统变得如此复杂，要保持所有光束的时间和空间重叠，几乎不可能长距离(>100m)使用。

3、现有系统处于短距离(<1m)并且使用钛:蓝宝石激光器等，在800nm下工作。在双臂二次谐波发生(shg)方法中，中等范围(最多数十米)是可能的，因为这些系统提供对两个光束的独立控制，但这些系统并不适合如上所述的长范围。这些系统需要对具有时间延迟的两个光束进行单独控制，并具有非常精细的控制(例如100fs或30μm精度)以及与范围相称的光束指向精度。

4、因此，本公开的目的是克服与传统短激光脉冲的控制相关的上述弱点和缺点。

技术实现思路

1、本公开的一个形态是一种控制所发射的激光脉冲的电磁属性的方法，包括：提供用于生成多个频带而没有时间失真的公共源，该公共源包括：超短脉冲激光振荡器；脉冲展宽器；和放大器，其中，展宽器允许对较长脉冲进行放大并避免破坏性影响；将来自放大器的输出馈送到压缩器；对来自放大器的输出进行压缩，从而生成超短脉冲长度的强脉冲，其中，通过对信号进行展宽和压缩实现了啁啾脉冲放大；并且通过非线性光学材料来馈送所压缩的信号从而创建更宽带的信号；其中，路径包括：用于中波红外信号的脉冲展宽器、光学参量啁啾脉冲(chirped-pulse)放大放大器、和用于生成光谱的mwir部分中的光束的mwir压缩器；并且其中，以mwir波长通过空气的传播通过高谐波生成和超连续谱生成而在载波光谱的两侧自行生成谐波。

2、该方法的一个实施方式是，其中，光谱的中波红外(mwir)部分为约2～8μm。该方法的另一个实施方式是，其中，超短脉冲激光振荡器在约2μm波长下操作。在某些情况下，长距离为数百米。

3、该方法的又一实施方式是，其中，非线性材料是二磷化锌锗(zgp)晶体。

4、在某些实施方式中，超连续谱的光谱分量彼此混合并且与基本光束混合并增强rf和thz域中的二次发射。

5、本公开的另一形态是一种控制所发射的激光脉冲的电磁属性的方法，包括：提供用于生成多个频带而没有时间失真的公共源，该公共源包括：超短脉冲激光振荡器；脉冲展宽器；和放大器，其中，展宽器允许对较长脉冲进行放大并避免破坏性影响；将来自放大器的输出馈送到压缩器；对来自放大器的输出进行压缩，从而生成超短脉冲长度的强脉冲，其中，通过对信号进行展宽和压缩实现了啁啾脉冲放大；并且通过非线性光学材料来馈送所压缩的信号从而创建更宽带的信号；其中，路径包括：用于长波红外(lwir)信号的脉冲展宽器、opcpa放大器、和用于生成光谱的lwir部分中的第二光束的lwir压缩器；并且其中，以lwir波长通过空气的传播通过高谐波生成(hhg)和超连续谱生成而在载波光谱的两侧自行生成谐波。

6、该方法的一个实施方式是，其中，光谱的长波红外(lwir)部分为约8～12μm。该方法的另一个实施方式是，其中，超短脉冲激光振荡器在约2μm波长下操作。

7、在某些实施方式中，长距离是数百米。

8、该方法的又一实施方式是，其中，非线性材料是二磷化锌锗(zgp)晶体。在某些实施方式中，超连续谱的光谱分量彼此混合并且与基本光束混合并增强rf和thz域中的二次发射。

9、本公开的又一个形态是一种控制所发射的激光脉冲的电磁属性的方法，包括：提供在中波红外范围内操作的用于生成多个频带而没有时间失真的公共源，该公共源包括：超短脉冲激光振荡器；脉冲展宽器；和放大器，其中，展宽器允许对较长脉冲进行放大并避免破坏性影响；将来自放大器的输出馈送到压缩器；对来自放大器的输出进行压缩，从而生成超短脉冲长度的强脉冲，其中，通过对信号进行展宽和压缩实现了啁啾脉冲放大；通过非线性光学材料来馈送所压缩的信号从而创建更宽带的信号；并且将更宽带的信号分成第一路径和第二路径；其中，第一路径包括用于中波红外(mwir)信号的脉冲展宽器、光学参量啁啾脉冲放大(opcpa)放大器、和用于生成光谱的mwir部分中的第一光束的mwir压缩器；其中，第二路径包括用于长波红外(lwir)信号的脉冲展宽器、opcpa放大器、和用于生成光谱的lwir部分中的第二光束的lwir压缩器；其中，以mwir或lwir波长通过空气的传播通过高谐波生成(hhg)和超连续谱生成而在载波光谱的两侧自行生成谐波；并且其中，任一超连续谱的光谱分量彼此混合并且与基本光束混合并增强rf和thz域中的二次发射。

10、该方法的一个实施方式是，其中，超短脉冲激光振荡器在约2μm波长下操作。

11、该方法的另一个实施方式是，其中，长范围是数百米。

12、该方法的又一实施方式是，其中，非线性材料是二磷化锌锗(zgp)晶体。

13、该方法的又一实施方式是，其中，光谱的中波红外(mwir)部分为约2～8μm并且光谱的长波红外(lwir)部分为约8～12μm。

14、在某些实施方式中，该方法还包括改变激光偏振、啁啾和光束尺寸从而控制激光-物质相互作用发生的范围。

15、本公开的这些形态并不意味着排它性，并且当结合以下描述、所附权利要求书和附图阅读时，本公开的其它特征、形态和优点对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。

技术特征：

1.一种用于控制所发射的激光脉冲的电磁属性的方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，该光谱的中波红外(mwir)部分为约2～8μm。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，该超短脉冲激光振荡器在约2μm波长下操作。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，该长距离为数百米。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，该非线性材料是二磷化锌锗(zgp)晶体。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，该超连续谱的光谱分量彼此混合并且与基本光束混合，并增强rf和thz域中的二次发射。

7.一种用于控制所发射的激光脉冲的电磁属性的方法，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其中，该光谱的长波红外(lwir)部分为约8～12μm。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，该超短脉冲激光振荡器在约2μm波长下操作。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，该长距离为数百米。

11.根据权利要求7所述的方法，其中，该非线性材料是二磷化锌锗(zgp)晶体。

12.根据权利要求7所述的方法，其中，该超连续谱的光谱分量彼此混合并且与基本光束混合，并增强rf和thz域中的二次发射。

13.一种用于控制所发射的激光脉冲的电磁属性的方法，包括：

14.根据权利要求13所述的方法，其中，该超短脉冲激光振荡器在约2μm波长下操作。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，该长距离为数百米。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，该非线性材料是二磷化锌锗(zgp)晶体。

17.根据权利要求8所述的方法，其中，该光谱的中波红外(mwir)部分为约2～8μm，并且该光谱的长波红外(lwir)部分为约8～12μm。

18.根据权利要求13所述的方法，还包括改变激光偏振、啁啾和光束尺寸从而控制激光-物质相互作用发生的范围。

技术总结
系统和方法，用于生成：第一路径，其包括用于中波红外(MWIR)信号的脉冲展宽器、光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)放大器、以及用于在光谱的MWIR部分中生成第一光束的MWIR压缩器；和第二路径，其包括用于长波红外(LWIR)信号的脉冲展宽器、OPCPA放大器和用于在光谱的LWIR部分中生成第二光束的LWIR压缩器。每个光束单独都被配置为在长距离(数百米)内生成激光与物质的相互作用，具有非线性效应，并有利于跨越多个倍频程的超连续谱生成，即与基本激光束在时间和空间上重叠。

技术研发人员：Y·C·莫勒尔,P·A·巴德尼,P·A·凯特利基,M·L·勒芒斯,K·T·维尔纳尔
受保护的技术使用者：BAE系统信息和电子系统集成有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15