최근, 중국과학원 상하이 광학정밀기계연구소 고출력 레이저물리공동연구소의 Meizhi Sun 연구원과 중국과학원 상하이 규산염기술연구소의 Xiaoniu Tu 연구원으로 구성된 공동 연구팀은 XOPA(Cross-Farper Intra-cavity Optical Parametric Amplification)에 대한 새로운 구성을 제안했으며, 이는 SG-II 5PW 레이저 장치의 프런트 엔드를 기반으로 한 실험적 데모를 통해 입증되었습니다. 이 결과는 Laser Photonics Reviews에 "Optical Parametric Amplification in Crossed Fabry-Perot Cavities"라는 제목으로 게재되었습니다.
광 파라메트릭 증폭(OPA)과 Chirped Pulse 광 파라메트릭 증폭(OPCPA)은 고출력 레이저 시스템을 위한 가장 중요한 기술 경로이며, 앞으로 수십에서 수백 메가와트 레이저 시스템을 위한 주류 기술 경로입니다. 이 분야의 발전은 효율성, 에너지, 대역폭, 이득, 빔 품질, 신호 대 잡음비 및 성형 기능 측면에서 레이저 증폭 기술에 대한 포괄적인 요구 사항을 제시합니다.
그림 1 XOPA 구성의 개략도
연구팀은 비선형 결정을 크로스-파퍼 공동 내부에 넣고, 신호광과 펌프광을 제한하여 다중 패스 전송 및 에너지 변환을 실현하고, 단계적으로 유휴광을 제거하고, 혼합 3파 에너지 리플럭스를 억제하여 신호광의 에너지를 펌프광으로 단조롭게 추출합니다. 상하이 규산염 연구소에서 제공한 YCOB 결정을 실험적으로 사용하여 800nm 대역 신호광에서 펌프광으로의 변환 효율은 56.28%, 스펙트럼 폭은 120nm 출력 용량입니다. 또한 연구자들은 이중 파퍼 공동의 불균일한 공동 길이를 설계하여 고대비 증폭 및 성형의 칙 펄스 신호광을 실현했습니다. 본 연구는 XOPA 구성이 높은 변환 효율의 전제 하에 시간, 공간, 주파수 영역에서 형상을 형성하는 능력을 가지고 있으며, 비선형 광 매개변수 증폭을 위한 모든 대역과 모든 비선형 결정에 보편적으로 적용 가능하다는 것을 보여줍니다. 이는 고출력 레이저 시스템의 종합적 성능을 개선하는 데 큰 의의가 있습니다.
그림 2 XOP의 7-패스 증폭 과정의 (a) 스펙트럼 진화 및 (b) 변환 효율에 대한 이론적 시뮬레이션 및 실험 결과
