基於表面等離子波的光譜整形裝置的製作方法
2023-09-17 20:06:25 1
專利名稱：基於表面等離子波的光譜整形裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種雷射應用技術領域的裝置，具體是一種基於表面等離子 波的光譜整形裝置。
背景技術：
在超短雷射脈衝放大過程中，增益窄化效應是限制超短超強雷射系統輸出功率進 一步提高的不利因素之一。增益窄化效應指的是由於固體雷射放大介質的帶寬有限，導致 雷射脈衝的中心增益高，邊緣的增益低，隨著雷射脈衝的逐級放大，雷射脈衝的光譜會變得 越來越窄。增益窄化效應使雷射脈衝不能夠充分地利用雷射放大介質的增益帶寬，從而得 不到有效的放大，且導致放大後的啁啾脈衝難以被壓縮還原至種子脈衝的寬度。為了補償 放大介質的增益窄化效應，在超短雷射脈衝進入放大介質之前，需先對其光譜進行整形。光譜整形技術已經廣泛地應用於超短超強雷射系統中。現有的光譜整形技術之一 是採用稜鏡/波導耦合單元，其透射率曲線是中心凹陷的，這種形狀的透射率曲線可降低 雷射脈衝光譜中心的透射率，保持邊緣的透射率，從而抵消放大介質的增益窄化效應，使放 大後的雷射脈衝不致變窄。經過對現有技術的檢索發現，劉向明等人於2006年在《Journal Of Optics A Pure andApplied Optics)) 20068 :454_457上發表的「稜鏡耦合法實現飛秒脈衝的光譜整 形」一文中，記載了一種利用稜鏡/波導耦合單元的衰減全反射性質實現了超短雷射脈衝 的光譜整形的方法，其整形原理為製作由稜鏡及沉積在稜鏡上的四層薄膜層組成的稜鏡 /波導耦合單元，其透射率曲線呈中心凹陷形狀，利用這種衰減全反射性質可實現飛秒雷射 光譜的整形。但這種方法存在一定的缺陷①稜鏡/波導耦合單元的衰減全反射曲線受飛 秒雷射脈衝的部分相干性的影響很大；②稜鏡/波導耦合單元的衰減全反射曲線的半高全 寬約十幾納米，無法對寬光譜的飛秒雷射脈衝進行整形。現有的飛秒雷射脈衝光譜的半高 全寬已寬至兩三百納米。
實用新型內容本實用新型針對現有技術存在的上述不足，提供一種基於表面等離子波的光譜整 形裝置，該裝置結構簡單，成本低廉，使用時操作方便，可有效地實現寬光譜的飛秒雷射脈 衝的光譜整形。本實用新型是通過以下技術方案實現的，本實用新型包括飛秒雷射器、反射鏡、 偏振器、稜鏡、金膜耦合單元、轉角儀、光譜儀和計算模塊，其中稜鏡和金膜耦合單元組合 構成克萊切曼耦合方式並固定設置於轉角儀上，飛秒雷射器、反射鏡和偏振器依次置於轉 角儀的一側並構成發射單元，光譜儀和計算模塊依次設置於轉角儀的另一側並構成接收單兀。本實用新型通過以下方式實現整形首先通過實驗模擬，根據待整形的飛秒雷射 脈衝的中心波長和半高全寬分別計算出入射角θ和設計恰當的金膜耦合單元厚度。使用
3真空鍍膜機，用濺射法在ZF稜鏡底面上製成金膜耦合單元，飛秒雷射器輸出的雷射依次經 反射鏡和偏振器變為TM偏振光，然後入射到ZF稜鏡的側面並在ZF稜鏡與金膜耦合單元的 分界面上激發出表面等離子波並反射至ZF稜鏡的另一側，反射後的飛秒雷射脈衝的光譜 被整形成中心凹陷狀並由光譜儀接收檢測，最後由計算模塊輸出整形結果；進一步通過旋 轉轉角儀調節入射角並根據整形光譜微調轉角儀直到出現理想的整形光譜。本實用新型裝置適用於現有的寬光譜的飛秒雷射脈衝的光譜整形。
圖1為本實用新型結構示意圖；圖1中1稜鏡、2金膜耦合單元、3轉角儀、4飛秒雷射器、5反射鏡、6偏振器、7光 譜儀、8計算機。圖2為實施例1表面等離子波示意圖。圖3為實施例1整形效果示意圖。圖4為實施例2整形效果示意圖。圖5為實施例3整形效果示意圖。圖6為實施例整形效果示意圖。
具體實施方式
下面對本實用新型的實施例作詳細說明，本實施例在以本實用新型技術方案為前 提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護範圍不限 於下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括稜鏡1、金膜耦合單元2、轉角儀3、飛秒雷射器4、反射 鏡5、偏振器6、光譜儀7和計算模塊8，其中稜鏡1和金膜耦合單元2組合構成克萊切曼 耦合方式並固定設置於轉角儀3上，飛秒雷射器4、反射鏡5和偏振器6依次置於轉角儀3 的一側並構成發射單元，光譜儀7和計算模塊8依次設置於轉角儀3的另一側並構成接收單元。本實施例中的具體器件參數如下所述的稜鏡1為ZF7稜鏡；所述的飛秒雷射器4為自鎖模摻鈦藍寶石飛秒雷射器；所述的反射鏡5為平面反射鏡；所述的偏振器6為偏振片；所述的光譜儀7為:USB 2000微型光纖光譜儀7在本實施例中，將入射雷射參數調節為中心波長800納米，半高全寬100納米。 克萊切曼耦合方式參數為稜鏡1的介電常數為3. 24，金膜耦合單元2厚度為60納米，介 電常數為ε =-23. 4+1. 55i波長為800納米時。調節偏振器6使飛秒雷射的偏振方向平行於入射面，變為TM偏振光，旋轉轉角儀 3，使雷射的入射角θ大致為34度，同時觀察光譜儀上整形後的光譜形狀，繼續微調轉角儀 3，可得到最佳的整形後的光譜，如圖3所示。圖2的表面等離子波是計算模擬出來的。由圖3可見，當金膜耦合單元2的厚度為60納米時，旋轉轉角儀3，調整入射角θ為34. 6度，這時對半高全寬100納米、中心波長800納米的飛秒雷射光譜進行整形可達到 較為理想的效果。將入射雷射參數調節為入射雷射參數為中心波長850納米，半高全寬100納 米。克萊切曼耦合方式參數為稜鏡1的折射率為1. 8，金膜耦合單元2的厚度為60納米， 介電常數ε =-23. 4+1. 55i波長為800納米時。調節偏振器6使飛秒雷射的偏振方向平行於入射面，變為TM偏振光，旋轉轉角儀 3，調整入射角θ大致為34度，同時觀察計算機屏幕上顯示的整形光譜，繼續微調轉角儀3， 直到出現理想的整形光譜為止，如圖4所示。同樣，由圖4可見，當金膜耦合單元2的厚度為60納米時，旋轉轉角儀3，調整入射 角θ為34. 5度，這時對半高全寬100納米，中心波長850納米的飛秒雷射光譜進行整形可 達到較為理想的效果。將入射雷射參數調節為入射雷射參數為中心波長800納米，半高全寬100納 米。折射率為1.8的稜鏡1和金膜耦合單元2。不同厚度的金膜耦合單元2，厚度分別為60 納米、50納米、40納米的金膜耦合單元所激發出的表面等離子波對同一飛秒雷射脈衝整形 後的光譜如圖5所示。由圖5可見，對半高全寬100納米、中心波長800納米的飛秒雷射進行整形時，設 計金膜耦合單元2的厚度為60納米，飛秒雷射的入射角θ為34. 6度時，可達到較為理想 的效果，最佳整形效果如圖6所示。本實施例涉及的是基於表面等離子波的光譜整形裝置，此裝置採用的是新穎的表 面等離子技術，此技術通過由稜鏡和金膜耦合單元構成的克萊切曼耦合方式來實現。具體 實現方式是根據待整形的飛秒雷射脈衝的中心波長和半高全寬分別計算出入射角θ和設 計恰當的金膜耦合單元厚度。根據待整形的飛秒雷射器(4)發出的飛秒雷射脈衝的中心 波長，可以通過旋轉轉角儀(3)以調節雷射的入射角θ來匹配；根據待整形的飛秒雷射器 (4)發出的飛秒雷射脈衝的半高全寬，可以設計恰當的金膜耦合單元厚度，以得到與飛秒激 光光譜寬度相匹配的表面等離子波。與現有的稜鏡/波導耦合單元整形裝置相比，其優點 是半高全寬寬，不受部分相干性的影響，且結構簡單，成本低廉。
權利要求一種基於表面等離子波的光譜整形裝置，其特徵在於，包括飛秒雷射器、反射鏡、偏振器、稜鏡、金膜耦合單元、轉角儀、光譜儀和計算模塊，其中稜鏡和金膜耦合單元組合構成克萊切曼耦合方式並固定設置於轉角儀上，飛秒雷射器、反射鏡和偏振器依次置於轉角儀的一側並構成發射單元，光譜儀和計算模塊依次設置於轉角儀的另一側並構成接收單元。
2.根據權利要求1所述的基於表面等離子波的光譜整形裝置，其特徵是，所述的飛秒 雷射器為自鎖模摻鈦藍寶石飛秒雷射器。
3.根據權利要求1所述的基於表面等離子波的光譜整形裝置，其特徵是，所述的反射 鏡為平面反射鏡。
專利摘要一種雷射應用技術領域的基於表面等離子波的光譜整形裝置，包括飛秒雷射器、反射鏡、偏振器、稜鏡、金膜耦合單元、轉角儀、光譜儀和計算模塊，其中稜鏡和金膜耦合單元組合構成克萊切曼耦合方式並固定設置於轉角儀上，飛秒雷射器、反射鏡和偏振器依次置於轉角儀的一側並構成發射單元，光譜儀和計算模塊依次設置於轉角儀的另一側並構成接收單元。該裝置結構簡單，成本低廉，使用時操作方便，可有效地實現寬光譜的飛秒雷射脈衝的光譜整形。
文檔編號H01S3/10GK201674109SQ201020201398
公開日2010年12月15日 申請日期2010年5月24日 優先權日2010年5月24日
發明者朱鵬飛, 黃小安 申請人:上海交通大學