多色飛秒激光產(chǎn)生裝置制造方法
【專利摘要】一種多色飛秒激光脈沖產(chǎn)生裝置，沿入射激光的前進(jìn)方向，依次是第一小孔光闌、平凸透鏡和分色鏡，入射激光經(jīng)所述的分色鏡分為透射光束和反射光束，沿反射光束方向依次經(jīng)長通濾波片、延時(shí)器、第二小孔光闌和第三高平反射銀鏡，入射到非線性透明固體介質(zhì)上，所述的透射光束依次經(jīng)過啁啾鏡、第一高平反射銀鏡和第二高平反射銀鏡，入射到所述的非線性透明介質(zhì)上，入射到所述的非線性透明介質(zhì)的所述的透射光束和反射光束具有一定夾角，調(diào)節(jié)所述的延時(shí)器，使得兩光束在時(shí)間和空間很好的重合，從而產(chǎn)生多色飛秒激光脈沖。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，可以應(yīng)用于二維光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)、強(qiáng)場激光實(shí)驗(yàn)和相干反斯托克斯拉曼光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)等不同的非線性激光光譜學(xué)研究。
【專利說明】多色飛秒激光產(chǎn)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛秒激光，特別是一種多色飛秒激光產(chǎn)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]飛秒激光及相應(yīng)飛秒激光技術(shù)的研究隨著飛秒激光脈沖在科研、生物、醫(yī)療、力口工、通信、國防等社會各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用的拓展與深入而迅速發(fā)展。其中一個(gè)重要方面的應(yīng)用是利用飛秒激光脈沖和飛秒激光光譜學(xué)方法來研究蛋白質(zhì)，納米材料，半導(dǎo)體等各類材料中的超快動力學(xué)特性。比如，可采用飛秒泵浦-探測技術(shù)和飛秒受激拉曼散射技術(shù)等研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)動力學(xué)，半導(dǎo)體和納米材料載流子動力學(xué)。而二維光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)、強(qiáng)場激光實(shí)驗(yàn)和相干反斯托克斯拉曼光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)等多色飛秒泵浦-探測實(shí)驗(yàn)，需要兩個(gè)及以上不同頻率的飛秒激光脈沖。因此，一種結(jié)構(gòu)簡單的多色飛秒激光產(chǎn)生裝置具有重要意義了。目前，多色飛秒激光主要是利用兩束不同頻率的飛秒激光束以一定夾角在非線性固體介質(zhì)中級聯(lián)四波混頻(CFWM)產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種多色飛秒激光脈沖產(chǎn)生裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，并且模塊化，可以應(yīng)用于二維光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)、強(qiáng)場激光實(shí)驗(yàn)和相干反斯托克斯拉曼光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)等不同的非線性激光光譜學(xué)研究。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0005]一種多色飛秒激光產(chǎn)生裝置，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括:沿入射激光的前進(jìn)的方向，依次是第一小孔光闌、平凸透鏡和分色鏡，入射激光經(jīng)所述的分色鏡分為透射光束和反射光束，沿反射光束方向依次經(jīng)長通濾波片、延時(shí)器、第二小孔光闌和第三高平反射銀鏡，入射到非線性透明固體介質(zhì)上，所述的透射光束依次經(jīng)過啁啾鏡、第一高平反射銀鏡和第二高平反射銀鏡，入射到所述的非線性透明介質(zhì)上，入射到所述的非線性透明介質(zhì)的所述的透射光束和反射光束具有一定夾角，調(diào)節(jié)所述的延時(shí)器，使得兩光束在時(shí)間和空間很好的重合，從而產(chǎn)生多色飛秒激光脈沖。
[0006]所述的延時(shí)器為由兩塊高平反射銀鏡與在同時(shí)位于同一平移臺構(gòu)成。
[0007]首先，該裝置是基于級聯(lián)四波混頻原理，該裝置的光路圖如圖1所示，沿入射激光I前進(jìn)的方向，依次為小孔2、平凸透鏡3和分色鏡4，入射激光束在分色鏡處分成兩路，一路經(jīng)過分色鏡反射，依次通過長通濾波片13、延時(shí)器14 (虛線框:其中延時(shí)器是由兩塊高平反射銀鏡5、6與平移臺構(gòu)成)、小孔15和高平反射銀鏡9，入射到非線性透明固體介質(zhì)11上，另一束透過分色鏡，依次經(jīng)過啁啾鏡10、高平反射銀鏡7和8，最后與分色鏡反射光束以一定夾角重合于非線性透明介質(zhì)11上，調(diào)節(jié)延時(shí)器，使得兩光束在時(shí)間和空間很好的重合，從而產(chǎn)生多色飛秒激光脈沖，，被位于后面的光譜儀12接收測量光譜。
[0008]在裝置結(jié)構(gòu)中，小孔2和小孔15是便于調(diào)節(jié)光路用的。平凸透鏡3的焦距是根據(jù)兩路光束入射到非線性透明介質(zhì)11上的整個(gè)光程來選擇，使得重合的兩路光光斑位于焦點(diǎn)附近。分色鏡是根據(jù)入射激光束I的波段來選擇，主要是將入射光束分成長短兩個(gè)波段的光束。長通濾波片的選擇，取決于經(jīng)分色鏡4反射光光束的波段以及后面需要產(chǎn)生的多色光的中心頻率。延時(shí)器14的時(shí)間分辨率由平移臺的平移精度決定，其時(shí)間分辨率的選擇取決于兩光束的脈寬。啁啾鏡用于補(bǔ)償入射光束的正啁啾，以使得短波段激光脈沖為負(fù)啁啾，光在啁啾鏡之間的反射次數(shù)由入射光的正啁啾量和啁啾鏡的色散補(bǔ)償量參數(shù)決定。5、
6、7、8、9為具有高反射率的平面反射鏡，或者是銀鏡，或者是鋁鏡，也可以是介質(zhì)反射鏡，具體實(shí)驗(yàn)中由入射光的中心頻率決定，選擇相應(yīng)反射率最高的平面反射鏡。非線性透明介質(zhì)11可以是BBO晶體、Sapphire、Fused silica、CaF2等非線性透明介質(zhì),實(shí)驗(yàn)中對非線性透明介質(zhì)材料11的選擇要求材料對入射激光透明，三階非線性系數(shù)要高，并且厚度要合適。光譜儀12可以選擇高光譜精度的光譜儀，用于提高測量精度和測量所有級次的多色光光譜。
[0009]固定長波段光束，通過調(diào)節(jié)高平反射鏡7和8，使得短波段光束與長波段光束在空間上與長波段光束很好的重合于非線性透明介質(zhì)11上，調(diào)節(jié)延時(shí)器，使得兩光束在時(shí)間上最大限度的重合，這樣就產(chǎn)生了明亮清晰的多種顏色的飛秒激光脈沖。平移位于非線性透明介質(zhì)11后的光譜儀12，逐個(gè)測量不同級次的多色光光譜。值得注意的是，調(diào)節(jié)高平反射鏡7和8，可以改變長、短波段兩束光束之間的夾角，從而起到調(diào)諧的作用。
[0010]本發(fā)明具有以下顯著的特點(diǎn):
[0011](a)本發(fā)明是一個(gè)模塊化的多色光產(chǎn)生裝置，可以直接通過換不同分色鏡和反射鏡來調(diào)節(jié)裝置，使得裝置適用于不同波段的入射激光脈沖。
[0012](b)該發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，僅僅利用幾塊反射鏡、一塊分色鏡和一對啁啾鏡，就產(chǎn)生了多個(gè)顏色的飛秒激光脈沖。
[0013](c)該裝置中對于入射激光脈沖的能量范圍可以很大，因?yàn)榭梢赃x擇不同材料不同厚度的非線性透明介質(zhì)，選擇合適材料和厚度的非線性透明介質(zhì)，可以獲得較高能量，脈寬少于10飛秒的多色激光脈沖。
[0014](d)本發(fā)明裝置中，啁啾鏡對帶有正啁啾的入射光的補(bǔ)償作用，使得短波段光束為負(fù)啁啾，而長波段沒有經(jīng)過啁啾補(bǔ)償，本身就為正啁啾，這樣產(chǎn)生的頻率上轉(zhuǎn)換光就帶有一定量的負(fù)啁啾，通過玻璃片就可以對其脈寬進(jìn)行壓縮。
[0015](e)通過控制入射光能量、脈寬和非線性透明介質(zhì)的厚度，可以達(dá)到控制產(chǎn)生的多色激光脈沖的能量和脈寬。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明多色飛秒激光產(chǎn)生裝置實(shí)施例的光路結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖2是本實(shí)施例的入射光光譜圖。
[0018]圖3是短波段光譜圖。
[0019]圖4是長波段光譜圖。
[0020]圖5是利用本發(fā)明裝置，在入射光波段為640_910nm，短波段光束在啁啾鏡之間來回反射4次，長波段和短波段光束以夾角為Θ =4.09°重合于厚度為2.0mm的Sapphire晶體上，所產(chǎn)生的多色飛秒激光脈沖。
[0021]圖6是利用本發(fā)明裝置，在其他條件不變，非線性透明介質(zhì)換為厚度為0.15mm的Sapphire晶體,所產(chǎn)生的多色飛秒激光脈沖。【具體實(shí)施方式】
[0022]先請參閱圖1，圖1為本發(fā)明多色飛秒激光產(chǎn)生裝置實(shí)施例的光路結(jié)構(gòu)圖。由圖可見，本發(fā)明多色飛秒激光產(chǎn)生裝置，包括:沿入射激光I的前進(jìn)的方向，依次是第一小孔光闌2、平凸透鏡3和分色鏡4，入射激光經(jīng)所述的分色鏡4分為透射光束和反射光束，沿反射光束方向依次經(jīng)長通濾波片13、延時(shí)器14、第二小孔光闌15和第三高平反射銀鏡9，入射到非線性透明固體介質(zhì)11上，所述的透射光束依次經(jīng)過啁啾鏡10、第一高平反射銀鏡7和第二高平反射銀鏡8，入射到所述的非線性透明介質(zhì)11上，入射到所述的非線性透明介質(zhì)11的所述的透射光束和反射光束具有一定夾角，調(diào)節(jié)所述的延時(shí)器，使得兩光束在時(shí)間和空間很好的重合，從而產(chǎn)生多色飛秒激光脈沖。所述的延時(shí)器14為由兩塊高平反射銀鏡
5、6與在同時(shí)位于同一平移臺構(gòu)成。
[0023]對通過空心光纖展寬后的入射激光束1，由分色鏡4分成兩路，產(chǎn)生了不同級次的多色飛秒激光脈沖。在本實(shí)施例的光路中，激光器系統(tǒng)產(chǎn)生的入射激光束I的中心波長為800nm，重復(fù)頻率為IkHz，脈寬為40fs的激光束通過充有I個(gè)大氣壓氬氣的空心光纖展寬后，光譜范圍展寬成了 610-910nm (如圖2所示)，展寬后的入射激光束I依次經(jīng)過小孔光闌2，焦距為f=50cm的平凸透鏡3，再經(jīng)過截止波長為805nm的分色鏡4的反射和透射，分成了兩路光束。經(jīng)分色鏡4反射的一路光束，通過截止波長為SOOnm的長通濾波片13，其光譜為790—910nm (如圖4所示)，能量為6.6 μ J，經(jīng)過時(shí)間分辨率為3fs的延時(shí)器14，再經(jīng)高平反射銀鏡9，入射到非線性透明介質(zhì)11上，另一路光束經(jīng)分色鏡透射，光譜為610-805nm(如圖3所示)，能量為7.0 μ J，經(jīng)過啁啾參數(shù)為_40fs2的啁啾鏡10來回反射4次，使得光束帶有一定量的負(fù)啁啾，再經(jīng)過高平反射銀鏡7和8也入射到非線性透明介質(zhì)11上。兩路光束最后以夾角為θ=4.09°，重合于非線性透明介質(zhì)11上，調(diào)節(jié)高平反射銀鏡7和8，使得兩路光束在空間上最大限度的重合，調(diào)節(jié)延時(shí)器14，使得兩路光束在時(shí)間上很好的重合，由于介質(zhì)中的級聯(lián)四波混頻(CFWM)過程便在非線性透明介質(zhì)11后，獲得了不同波長，不同顏色的多色飛秒激光脈沖。在本實(shí)施案例中非線性透明介質(zhì)11先是用了厚度為2.0mm的Sapphire晶體,得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，圖5中(a)圖asl是測得的一級頻率上轉(zhuǎn)換光的光譜圖，(b)圖as2是測得的二級頻率上轉(zhuǎn)換光的光譜。從光譜譜寬來說，兩級次光譜進(jìn)行傅里葉極限變換，都達(dá)到了 IOfs以下。圖6是用厚度為0.15mm的Sapphire晶體作為非線性透明介質(zhì)所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖6中(a)圖asl是測得的一級頻率上轉(zhuǎn)換光的光譜圖，(b)圖as2是測得的二級頻率上轉(zhuǎn)換光的光譜圖。從光譜形狀來看，啁啾量比較大，但是產(chǎn)生的多色光的傅里葉極限轉(zhuǎn)換脈寬少于10fs。結(jié)合圖3和圖4，可見，選擇合適厚度的非線性材料，對光束進(jìn)行合適的啁啾補(bǔ)償就可以得到窄脈寬(少于10fs)、較高能量(μ J量級)的高斯型多色激光脈沖。
【權(quán)利要求】
1.一種多色飛秒激光產(chǎn)生裝置，特征在于其構(gòu)成包括:沿入射激光(I)的前進(jìn)的方向，依次是第一小孔(2)光闌、平凸透鏡(3)和分色鏡(4)，入射激光經(jīng)所述的分色鏡(4)分為透射光束和反射光束，沿反射光束方向依次經(jīng)長通濾波片(13)、延時(shí)器(14)、第二小孔光闌(15)和第三高平反射銀鏡(9)，入射到非線性透明固體介質(zhì)(11)上，所述的透射光束依次經(jīng)過啁啾鏡(10)、第一高平反射銀鏡(7)和第二高平反射銀鏡(8)，入射到所述的非線性透明介質(zhì)(11)上，入射到所述的非線性透明介質(zhì)(11)的所述的透射光束和反射光束具有一定夾角，調(diào)節(jié)所述的延時(shí)器，使得兩光束在時(shí)間和空間很好的重合，從而產(chǎn)生多色飛秒激光脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多色飛秒激光產(chǎn)生裝置，其特征在于所述的延時(shí)器(14)為由兩塊高平反射銀鏡(5、6)與在同時(shí)位于同一平移臺構(gòu)成。
【文檔編號】G02F1/35GK103576411SQ201310419366
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】劉軍, 劉奇福, 李方家, 趙冠凱, 張素俠 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所