本發(fā)明涉及激光，具體涉及一種光參量激光放大器制備方法及裝置、計算設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、光參量激光放大器作為一種非線性光學(xué)器件，在科研和工業(yè)應(yīng)用中至關(guān)重要。其主要通過非線性晶體的光參量過程實現(xiàn)對光信號的放大，在光通信、激光加工、光譜分析以及超快光學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

2、盡管現(xiàn)有技術(shù)在光參量激光放大器的制備方面取得了一定的進展，由于非線性晶體的折射率隨溫度變化而變化，導(dǎo)致相位匹配條件發(fā)生偏移，從而影響光參量放大的效率和穩(wěn)定性。例如，在光參量放大過程中，非線性晶體吸收激光的能量從而產(chǎn)生熱效應(yīng)，已成為制約其發(fā)展的核心因素，熱效應(yīng)會引發(fā)非線性晶體溫度的變化，使其偏離原先設(shè)定的相位匹配溫度從而破壞光參量激光放大器的相位匹配，從而降低了泵浦光向信號光能量轉(zhuǎn)換效率，限制了光參量激光放大器的性能。以及，現(xiàn)有的制備方法通常針對特定的波長和角度進行優(yōu)化，難以適應(yīng)不同應(yīng)用場景下的多樣化需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述相位失配和能量損耗問題的光參量激光放大器制備方法及裝置、計算設(shè)備。

2、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種光參量激光放大器制備方法，包括：

3、根據(jù)sellmeier方程的高階近似色散方程以及非線性晶體參數(shù)，計算泵浦光、信號光和閑頻光在晶體中的折射率；其中，所述非線性晶體參數(shù)至少包括sellmeier系數(shù)、晶體溫度以及泵浦光、信號光和閑頻光的波長；

4、根據(jù)所述折射率以及多波長色散校正非共線相位匹配公式，得到泵浦光、信號光和閑頻光在晶體中的多波長色散校正非共線相位匹配方程；

5、通過粒子群優(yōu)化算法搜索所述多波長色散校正非共線相位匹配方程，得到最優(yōu)非共線角和晶體參數(shù)；

6、根據(jù)所述最優(yōu)非共線角和晶體參數(shù)，制備光參量激光放大器系統(tǒng)，以在預(yù)設(shè)的波長與角度條件下實現(xiàn)高效的光參量放大效應(yīng)。

7、在一種可選的方式中，所述折射率的計算公式為：

8、

9、所述信號光在晶體中的折射率的計算公式為：

10、

11、所述閑頻光在晶體中的折射率的計算公式為：

12、

13、其中，λp，λs，λi分別為泵浦光、信號光和閑頻光的波長；t為晶體的溫度；bi(t)，ci(t)為sellmeier方程的系數(shù)；m為sellmeier方程中項的數(shù)目；np，ns，ni分別為泵浦光、信號光和閑頻光在晶體中的折射率；α，β，γ為冪項參數(shù)；dj(t)為高階色散系數(shù)；n為高階項的數(shù)目。

14、在一種可選的方式中，所述多波長色散校正非共線相位匹配方程為：

15、

16、其中，np(λp,t)為泵浦光在波長λp和溫度t下的折射率；ns(λs,t)為信號光在波長λs和溫度t下的折射率；ni(λi,t)為閑頻光在波長λi和溫度t下的折射率；為泵浦光波矢的單位方向分量；為信號光波矢的單位方向分量；為閑頻光波矢的單位方向分量；gx，gy，gz為晶體倒格矢的分量。

17、在一種可選的方式中，所述通過粒子群優(yōu)化算法搜索所述多波長色散校正非共線相位匹配方程，得到最優(yōu)非共線角和晶體參數(shù)進一步包括：

18、確定優(yōu)化目標變量，所述目標變量包括非共線角以及晶體參數(shù)；其中，所述非共線角包括信號光和泵浦光之間的夾角以及閑頻光和泵浦光之間的夾角，所述晶體參數(shù)包括溫度，晶體長度、切割角度；

19、根據(jù)相位失配量的平方負值的目標函數(shù)，得到最小化相位失配以實現(xiàn)高效的非線性相互作用；其中，所述相位失配量通過將非共線相位匹配方程的左側(cè)與右側(cè)相減得到；

20、隨機生成一群粒子，評估每個粒子的相位失配量的平方負值；其中，每個粒子代表一組非共線角和晶體參數(shù)；

21、對于每個粒子，如果當前位置的目標函數(shù)值優(yōu)于其歷史最優(yōu)位置的目標函數(shù)值，則更新其個體最優(yōu)解；

22、在所有粒子的個體最優(yōu)解中，找到全局最優(yōu)解，即目標函數(shù)值最大的粒子；

23、根據(jù)個體最優(yōu)解、全局最優(yōu)解以及粒子的當前速度和位置，更新粒子的速度和位置。

24、在一種可選的方式中，所述更新粒子的速度和位置的公式為：

25、vidt+1＝w·vidt+c1·r1·(pid-xidt)+c2·r2·(pg-xidt)

26、

27、其中，vidt和xidt分別是粒子i在第d維和第t代的速度和位置，w是慣性權(quán)重，c1和c2是學(xué)習因子，r1和r2是隨機數(shù)，pid是粒子i的個體最優(yōu)解，pg是全局最優(yōu)解。

28、在一種可選的方式中，所述根據(jù)所述最優(yōu)非共線角和晶體參數(shù)，制備光參量激光放大器系統(tǒng)進一步包括：

29、根據(jù)光參量放大需求，選擇非線性晶體；

30、按照切割角度和長度對晶體進行加工，將晶體穩(wěn)定在工作溫度，以確保其滿足相位匹配條件；

31、調(diào)整泵浦光和信號光的光路，以最優(yōu)非共線角入射到非線性晶體上。

32、在一種可選的方式中，所述方法還包括：

33、所述粒子群優(yōu)化算法引入動態(tài)慣性權(quán)重，在迭代過程中，動態(tài)調(diào)整所述慣性權(quán)重的值，使其在搜索初期以較大的值進行全局搜索，在搜索后期逐漸減小以進行局部精細搜索，從而平衡算法的全局搜索能力和局部收斂能力；

34、當粒子在迭代過程中超出預(yù)設(shè)的搜索空間邊界時，采用反射或重新隨機生成的方式將其拉回搜索空間內(nèi)，以確保搜索的連續(xù)性；

35、設(shè)定最大迭代次數(shù)和收斂條件，當滿足任一條件時停止迭代，輸出最優(yōu)非共線角和晶體參數(shù)；其中，所述收斂條件為連續(xù)預(yù)設(shè)多代目標函數(shù)值的變化小于預(yù)設(shè)閾值。

36、在一種可選的方式中，所述制備光參量激光放大器系統(tǒng)進一步包括：

37、根據(jù)最優(yōu)非共線角和晶體參數(shù)，選擇泵浦光源、光學(xué)透鏡、反射鏡以及濾光片，并裝配形成穩(wěn)定的光路系統(tǒng)；

38、將非線性晶體固定在溫控裝置中，通過溫控裝置控制晶體的溫度，確保其在實驗過程中保持最優(yōu)工作溫度；

39、在所述光路系統(tǒng)完成搭建后，調(diào)整泵浦光、信號光和閑頻光的光路，優(yōu)化非共線角以及微調(diào)晶體的位置和溫度，以實現(xiàn)最佳的相位匹配和光參量放大效果。

40、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種光參量激光放大器制備裝置，包括：

41、折射率計算模塊，用于根據(jù)sellmeier方程的高階近似色散方程以及非線性晶體參數(shù)，計算泵浦光、信號光和閑頻光在晶體中的折射率；其中，所述非線性晶體參數(shù)至少包括sellmeier系數(shù)、晶體溫度以及泵浦光、信號光和閑頻光的波長；

42、相位匹配方程生成模塊，用于根據(jù)所述折射率以及多波長色散校正非共線相位匹配公式，得到泵浦光、信號光和閑頻光在晶體中的多波長色散校正非共線相位匹配方程；

43、最優(yōu)參數(shù)搜索模塊，用于通過粒子群優(yōu)化算法搜索所述多波長色散校正非共線相位匹配方程，得到最優(yōu)非共線角和晶體參數(shù)；

44、光參量激光放大器系統(tǒng)制備模塊，用于根據(jù)所述最優(yōu)非共線角和晶體參數(shù)，制備光參量激光放大器系統(tǒng)，以在預(yù)設(shè)的波長與角度條件下實現(xiàn)高效的光參量放大效應(yīng)。

45、根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種計算設(shè)備，包括：處理器、存儲器、通信接口和通信總線，所述處理器、所述存儲器和所述通信接口通過所述通信總線完成相互間的通信；

46、根據(jù)本發(fā)明提供的方案，根據(jù)sellmeier方程的高階近似色散方程以及非線性晶體參數(shù)，計算泵浦光、信號光和閑頻光在晶體中的折射率；其中，所述非線性晶體參數(shù)至少包括sellmeier系數(shù)、晶體溫度以及泵浦光、信號光和閑頻光的波長；根據(jù)所述折射率以及多波長色散校正非共線相位匹配公式，得到泵浦光、信號光和閑頻光在晶體中的多波長色散校正非共線相位匹配方程；通過粒子群優(yōu)化算法搜索所述多波長色散校正非共線相位匹配方程，得到最優(yōu)非共線角和晶體參數(shù)；根據(jù)所述最優(yōu)非共線角和晶體參數(shù)，制備光參量激光放大器系統(tǒng)，以在預(yù)設(shè)的波長與角度條件下實現(xiàn)高效的光參量放大效應(yīng)。本發(fā)明采用sellmeier方程的高階近似色散方程，結(jié)合非線性晶體參數(shù)，進一步精確計算泵浦光、信號光和閑頻光在晶體中的折射率。基于計算得到的折射率，利用多波長色散校正非共線相位匹配公式，生成了泵浦光、信號光和閑頻光在晶體中的多波長色散校正非共線相位匹配方程，確保在不同波長和色散條件下，光波之間的相位能夠精確匹配，從而提高光參量放大的效率。采用粒子群優(yōu)化算法對多波長色散校正非共線相位匹配方程進行搜索，找到最優(yōu)非共線角和晶體參數(shù)，確保得到的參數(shù)組合能夠進一步最大化光參量放大的效果。根據(jù)最優(yōu)非共線角和晶體參數(shù)制備的光參量激光放大器系統(tǒng)，在預(yù)設(shè)的波長與角度條件下實現(xiàn)高效的光參量放大效應(yīng)，不僅提高了激光器的輸出功率，還保持了激光束的高質(zhì)量特性(如脈寬、線寬、偏振等)，同時減少了光參量放大過程中的相位失配和能量損耗，從而增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

47、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實施方式。