OPCPA从概念到超快未来

       人类已经经历了传奇和具影响力的几十年。毫无疑问，90年代就是这样一个年代。正是在那个时候，“万维网”开始进入我们的家庭，也是在那个时候，一条短信被BP机发送出去。

       然而，这是90年代对我们产生巨大影响的变化之一。在局部的激光世界里，一些发展可能不像某些技术在全球范围内广为人知，却对我们产生了重大影响。这就是我们下文将给大家介绍的光学参量啁啾脉冲放大技术（OPCPA）。

       对一些人来说，OPCPA这五个字母在他们的日常生活中是一种密码，而对另一些人来说，这只是随机排列的五个字母。这并不奇怪，但OPCPA的缩写实际上并不是随机的。

       OPCPA这五个字母在90年代开始结合在一起，事情正好发生在30年前的1992年，当时在光学参量放大器(OPA)中演示了一个啁啾脉冲展宽、放大和压缩的概念证明实验。然而，另一个值得庆祝的伟大纪念日是在2022年。

       1992年的实验是由LIGHT CONVERSION联合创始人Algis Petras Piskarskas教授领导的维尔纽斯大学研究小组进行的。在A. P. Piskarskas教授的一生中，不仅建立了立陶宛激光社区，更为建立全球激光社区做出了不可估量的贡献。他一生的工作和成就为激光科学奠定了重要基石。

Romas Danielius博士、Povilas brazdiiuznas教授和Algis P. Piskarskas教授在维尔纽斯大学实验室，1982年。

       2018年对激光科学界来说是重要而难忘的一年。那一年，诺贝尔物理学奖共同授予了Gérard Mourou教授和Donna Strickland教授，以表彰他们在产生高强度、短光脉冲领域所作出的贡献。这种啁啾脉冲放大(CPA)技术改变了整个激光科学。

       CPA技术提高了短脉冲的功率，而不会对激光介质本身造成任何光学损伤。这一发现为激光科学的潜在应用打开了新世界的大门——从研究基本物理原理到治疗深层组织脑癌或进行激光视力矫正，应用其广泛。

为什么只有CPA是不够的?

        尽管CPA技术具有开创性，但对于某些实践来说，它是不够的。现实中，许多科学应用需要不同光谱范围和高重复频率的高强度脉冲，而CPA技术本身无法提供这些特性。然而，如果我们再次回顾90年代，采用当时展示的OPA概念，并将其与CPA技术相结合，我们会得出OPCPA这五个字母的完整顺序。

        如前所述，A. Piskarskas教授、G. Jonušauskas教授和A. Dubietis教授共同发表了关于OPCPA概念的文章。该团队提出，如果在OPA中使用高能泵浦脉冲来放大啁啾和展宽信号，可使飞秒脉冲的功率提高到TW水平。因此，OPCPA技术使科学家们获取了这些高强度和高重复频率的特性，而这些正是CPA技术所缺乏的。

2019年Algis P. Piskarskas教授、Algirdas juozapaviius博士和Gérard Mourou教授在LIGHT CONVERSION参观。图片来源:Nail Garejev。

       从那时起，OPCPA已成为全球公认的、快速发展的用于高功率飞秒脉冲产生的放大技术。并且，目前能够达到拍瓦水平峰值功率的更强大的系统已获得证实。

       此外，OPCPA技术已被用于产生具有高功率和短脉宽的脉冲。在可见光(VIS)、近红外(NIR)和中红外(MIR)光谱范围内，已经通过实验获得了这种少周期脉冲。

       这些改进使得OPCPA成为了目前一种能同时提供高峰值、平均功率和少周期脉冲持续时间等特性的激光技术。这项技术提供了高灵活性，扩大了激光的应用范围。

       无论过去还是现在，OPCPA都是一个渐进的开发过程，不是一蹴而就的。尽管OPCPA的概念在上世纪90年代就已经得到验证，但它又花了十年时间才从维尔纽斯的实验室发展到全球商业领域。

       LIGHT CONVERSION是一家于2002年将OPCPA技术应用于OPA(特别是TOPAS-White line)并将其推向市场的公司。这是朝着设计完整的OPCPA系统所迈出的一步。完整的系统于2014年推向了市场。从那时起直到今天，LIGHT CONVERSION一直在不断改进其OPCPA系统，并通过新产品扩展其产品线。

       为了能够设计并向市场提供这些先进的OPCPA系统，深入了解激光科学显然是必要的。然而，真正能将您带到OPCPA行业顶端的是产品和实验资源的可访问性。并不是所有的公司都拥有这些资源。

LIGHT CONVERSION起初是一家专注于建立和生产飞秒激光器的公司，目前已拥有广泛而多样的全球公认的自主研发产品。基于此，LIGHT CONVERSION在激光的竞争中处于前列地位。

       利用现有资源，LIGHT CONVERSION使用其自主研发的激光器，尤其是PHAROS和CARBIDE系列这两款，构建了OPCPA系统。这两个激光器系列都提供工业级的稳定性和可靠性，例如，ORPHEUS-OPCPA系统可以提供少周期、CEP稳定的脉冲，而无需占用几乎整个楼层的实验空间。

       此外，同样的ORPHEUS-OPCPA系统也可以作为更大放大器的种子源。由于其固有的高对比度脉冲输出，ORPHEUS- OPCPA系统已被几种高强度激光器采用为前端。与其它时域对比增强技术相比，这种技术具有明显的优势，该系统可输出高对比度的脉冲(在光学参数放大器中达到)，该脉冲在激光放大器中得到进一步放大，从而获得高能量。它可以提供同时具有接近单周期带宽、良好的光谱相位相干性、CEP稳定性等特点的无背景脉冲，并且可以方便地在同一家公司——LIGHT CONVERSION进行开发。

RnD工程师Vytenis Girdauskas和Ignas balienhnas在新建造的高能OPCPA系统(2022)旁边。图片来源:Nail Garejev。

       LIGHT CONVERSION内部拥有多样化的重要资源，为产品的创新和开发创造了良好的环境。重要的是，LIGHT CONVERSION被许多全球众多的激光公司环绕，这进一步提升了LIGHT CONVERSION的环境优势。

       仅在维尔纽斯的一个地区，就有50多家公司从事激光行业。对于一个人口不到300万的国家来说，这是一个巨大的成就。在众多才华横溢的立陶宛科学家中，这一杰出成就应该归功于A. P. Piskarskas教授。他在激光科学方面的开拓发展和终身成就，促进了立陶宛这样一个小国激光产业的发展，使其拥有如此庞大而密集的激光工业集群。

       毫无疑问，这个集群中不断涌现着更多的产品，例如，LIGHT CONVERSION与另一家立陶宛激光公司EKSPLA - SYLOS在ELI-ALPS(激光基础设施阿秒光脉冲源)合作建造的OPCPA系统。

        综上，自90年代以来，发生了许多令人惊叹和有影响力的事情。时代在不停地更迭变迁，一些90年代的东西已经变得不再有意义，而一些东西却变得重要。OPCPA技术也是后者的一个例子。它不仅适用于局部激光世界，也适用于全球的日常激光世界。

1、ORPHEUS-OPCPA

紧凑，少周期，CEP稳定OPCPA系统

• 结构紧凑    
  

• 800nm, 1600nm, 2000nm，或3000nm输出

• 高重复率，达MHz

• 可作为工业级泵源，输出高达320 W, 8 mJ

• 高功率和脉冲能量稳定性

• 提供CEP稳定选项

2、OPCPA HE

高能量OPCPA系统

• 高达1kHz的重频下可达几TW峰值功率    
  

• 800nm, 1600nm，或2000nm输出

• 少周期脉冲持续时间和高前脉冲对比度

• 稳固的设计，预热时间小于1小时

• CEP和脉冲能量稳定性

• 频域-时域脉冲整形选项

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