一種實現雙色雷射場的啁啾參數獨立調節系統的製作方法
2023-07-20 22:06:56
專利名稱：一種實現雙色雷射場的啁啾參數獨立調節系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種實現雙色雷射場的啁啾參數獨立調節系統。可用於雙色雷射場或周期量級雙色雷射場，實現兩束光源各自啁啾參數的獨立調節。
背景技術：
現有的雙色雷射場系統都是在飛秒雷射放大器的脈衝壓縮器之後，將光源分為兩束，倍頻一束後再與另一束合束，構建雙色場。由於兩束光在強度、波長、偏振、延時重合這些參數上都可以分開調節，因此，在高次諧波產生紫外精密光譜的過程中，該種雙色場方法被廣泛應用。然而，該種方法應用的是同一個脈衝壓縮器輸出的光源，光所包含的啁啾量是相同的，一旦調節脈衝壓縮器，後面分開的兩束光的啁啾含量都會發生變化。因此，在現有所構建的雙色場或周期量級的雙色場中，啁啾參數是不可獨立調節的。但是在高次諧波方法產生紫外精密光譜的過程中，光源的啁啾含量卻又是一個非常重要的參數，直接影響最終獲得的紫外精密光譜的光譜形式以及傅立葉變換後所得阿秒脈衝的時域寬度。因此，我們需要一種啁啾參數可被準確並獨立調諧的雙色雷射場系統。
發明內容
本發明公開了一種實現雙色雷射場的啁啾參數獨立調節系統，目的是克服現有技術不能在使用雙色雷射場產生紫外光譜的同時實現兩束光源啁啾參數獨立調節的缺點。本發明從啁啾調節的源頭——脈衝壓縮器之前，即將光源分開，各自經過脈衝壓縮器和後續調節後再合束，不僅可以保持原有雙色雷射場對紫外光譜的多參數調控功能，而且能夠有效實現雙色光源啁啾參數的獨立調節，為後期紫外精密光譜的多維調控和獲得變換極限的單個阿秒脈衝奠定基礎。一種實現雙色雷射場的啁啾參數獨立調節系統，由一塊分束片、兩個脈衝壓縮器、 兩個中空光纖展寬壓縮系統、一個反射鏡延時系統組成，在飛秒雷射器的脈衝壓縮器入口處插入一塊分束片，將光源分成兩束，其中第一束光進入一套脈衝壓縮器、中空光纖展寬壓縮系統，另一束光路經平面反射鏡B後進入另一套脈衝壓縮器、中空光纖展寬壓縮系統，然後經過反射鏡延時系統、倍頻晶體後，兩束光通過一個合束片合為一束光，經可翻轉的平面反射鏡後，分別與高次諧波產生與探測裝置、光譜位相干涉測量儀連接，構成雙色雷射場的啁啾參數獨立調節系統，兩束光在各自的光路上可實現啁啾、強度、波長、偏振、延時重合這些參數的獨立調節。飛秒雷射器中經過再生放大腔實現能量放大後的光，在脈衝壓縮器中進行脈衝寬度的壓縮。脈衝壓縮器由光柵、直角反射鏡延時系統和一塊平面反射鏡A構成。入射光被光柵色散展寬後，分成很多波長不同的光，這些不同波長的光經過固定在延時系統上的直角鏡和平面反射鏡後，回到光柵時所走的光程是不同的，該系統即通過調節延時系統改變直角鏡和光柵間的距離，便可調整不同波長之間的光程差，從而實現最終輸出光源的脈衝寬度的調整。對於可實現的最窄脈衝寬度而言，此時稱為零啁啾狀態，而脈衝寬度大於最窄脈衝寬度的狀態稱之為啁啾狀態，對應的脈衝內所包含的脈衝寬度信息稱為啁啾量。這樣， 我們在實際操作過程中，只要恰當改變直角鏡和光柵間的距離，便可實現輸出光源的啁啾參數的調節。中空光纖展寬壓縮系統是目前較為成熟的、用於壓縮飛秒光源脈衝寬度的器件， 最窄可獲得周期量級的飛秒脈衝。這一系統主要由中空光纖系統和幾對啁啾鏡組成。中空光纖內充有惰性氣體，飛秒雷射在光纖內與惰性氣體發生強非線性作用，光譜被展寬，再通過啁啾鏡對其進行脈寬壓縮。該系統可以根據實際需要，調整最後獲得的脈衝寬度。我們的雙色雷射場啁啾調節系統對於各種脈衝寬度的光源都是適用的。而光的脈衝寬度越窄， 調節其啁啾含量對紫外精密光譜的影響越明顯。合束片是用來實現兩束雙色光源的共線傳播，該合束鏡片可根據實際情況選擇對應其光源波長的增透膜和反射膜，從而實現兩束光源能量的最低損耗。此外，對於周期量級飛秒光源合束的特殊情況而言，我們不能忽視該鏡片對兩束光源脈衝寬度的影響。此時，我們也可以利用獨立的啁啾調節系統，分別對兩束光源進行啁啾預補償，這樣，既可以不影響整個系統的能量，又可以保證每束光源的脈衝寬度。本發明的優點和積極效果1.使用了兩個脈衝壓縮器，對飛秒放大器中能量放大後的光進行單獨的脈衝壓縮，從而可以獲得啁啾可獨立調節的兩束雷射光源；2.本發明結構簡單、易操作，且調節的結果穩定。在實際操作過程中，只要恰當改變直角鏡和光柵間的距離，便可實現輸出光源的啁啾參數的獨立調節。既不影響另一束光路的啁啾調節，也可以根據後續的實際光路(例如周期量級光源的獲得、偏振片的引入)恰當改變啁啾量，保證每束光源的準確脈衝寬度；3.該雙色雷射場啁啾調節系統對於各種脈衝寬度的光源都是適用的，在不需要最後輸出的脈衝寬度窄於雷射器本身的脈衝寬度情況下，可以略去中空光纖展寬壓縮系統， 使得系統更為簡潔、易調諧；4.將該方法應用到高次諧波產生的過程中時，除了可以實現紫外精密光譜的有效產生，還能對生成的紫外精密光譜進行啁啾含量、光譜形式的精密和實時控制。
圖1為本發明實施例1實現雙色雷射場的啁啾參數獨立調節系統結構示意圖。1.飛秒雷射器中經過再生放大腔實現能量放大後的光脈衝，2.平面反射鏡A， 3.光柵，4.直角反射鏡延時系統，5.脈衝壓縮器，6.平面反射鏡B，7.可調衰減片，8.中空光纖展寬壓縮系統，9.高次諧波產生與探測裝置，10.分束片，11.偏振片，12.反射鏡延時系統，13.倍頻晶體，14.合束片，15.可翻轉的平面反射鏡，16.光譜位相干涉測量儀。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明進行詳細描述。一種實現雙色雷射場的啁啾參數獨立調節系統，結構如圖1所示，由一塊分束片 10、兩個脈衝壓縮器5、兩個中空光纖展寬壓縮系統8、一個反射鏡延時系統12組成，在飛秒雷射器的脈衝壓縮器5的入口處插入一塊分束片10，將光源分成兩束，其中第一束光直接進入一套脈衝壓縮器5、中空光纖展寬壓縮系統8，另一束光經平面反射鏡B後進入另一套脈衝壓縮器5、中空光纖展寬壓縮系統8，然後經過反射鏡延時系統12、倍頻晶體13後，兩束光通過一個合束片14合為一束光，經可翻轉的平面反射鏡15後，分別與高次諧波產生與探測裝置9、光譜位相干涉測量儀16光路連接，構成雙色雷射場的啁啾參數獨立調節系統，兩束光在各自的光路上可實現啁啾、強度、波長、偏振、延時重合這些參數的獨立調節。
以下實施例雷射器輸出光中心波長為800nm，脈衝寬度為40fs，以BBO倍頻晶體 13獲得SOOnm光源的倍頻光為例，具體實現雙色雷射場的啁啾參數獨立調節過程如下由飛秒雷射器中經過再生放大腔實現能量放大後的光脈衝1，進入脈衝壓縮器5，通過調節光柵3與直角反射鏡延時系統4之間的相對距離來實現其脈衝啁啾量的調節。該啁啾可調的雷射脈衝通過可調衰減片7調節其強度後，會聚到中空光纖展寬壓縮系統8中，可獲得脈寬可調諧的啁啾飛秒雷射(脈寬範圍40 4fs)。此時，在1 1分束片10和合束片14處並聯另一路完全相同的可獨立調諧的啁啾飛秒雷射。在這一路中也添加了一塊可調衰減片7，方便雷射強度的連續調節；增添了一塊BBO倍頻晶體13用於獲得400nm的光源，其偏振狀態通過偏振片11來改變。將偏振片11放置在中空光纖展寬壓縮系統8之前，可以避免在周期量級光源的情況下，偏振片11對周期量級光源能量的損耗。合束片14將800和 400nm的光源合束成為共線傳播的雙色雷射場，兩者在時間上的重合通過反射鏡延時系統 12來調整。該合束後的光源進入高次諧波的產生和探測裝置9，實現紫外精密光譜的有效產生和多維調控，調控的參數包括800nm和400nm這兩束光各自的強度、脈寬、啁啾量以及相對偏振。此外，這一共線傳播的雙色雷射場所包含的啁啾信息，可以通過可翻轉的平面反射鏡15反射到光譜位相干涉測量儀16中去，不斷的加以測量確定。
權利要求
1. 一種實現雙色雷射場的啁啾參數獨立調節系統，由一塊分束片、兩個脈衝壓縮器、兩個中空光纖展寬壓縮系統、一個反射鏡延時系統組成，其特徵在於在飛秒雷射器的脈衝壓縮器入口處插入一塊分束片，將光源分成兩束，其中第一束光進入一套脈衝壓縮器、中空光纖展寬壓縮系統，另一束光經平面反射鏡B後進入另一套脈衝壓縮器、中空光纖展寬壓縮系統，再經過反射鏡延時系統、倍頻晶體，兩束光通過一個合束片合為一束光，經可翻轉的平面反射鏡後，分別與高次諧波產生與探測裝置、光譜位相干涉測量儀連接，構成雙色雷射場的啁啾參數獨立調節系統。
全文摘要
本發明涉及一種實現雙色雷射場的啁啾參數獨立調節系統，在飛秒雷射器的脈衝壓縮器入口處插入一塊分束片，將光源分成兩束，第一束光進入一套脈衝壓縮器、中空光纖展寬壓縮系統，另一束光經平面反射鏡B後進入另一套脈衝壓縮器、中空光纖展寬壓縮系統，然後經過反射鏡延時系統、倍頻晶體後，兩束光通過一個合束片合為一束光，經可翻轉的平面反射鏡後，分別與高次諧波產生與探測裝置、光譜位相干涉測量儀連接，構成雙色雷射場的啁啾參數獨立調節系統。本發明可對飛秒放大器中能量放大後的光進行單獨脈衝壓縮，獲得啁啾可獨立調節的兩束雷射光源；結構簡單易操作。
文檔編號H01S3/00GK102255225SQ20111013334
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月20日 優先權日2011年5月20日
發明者莊松林, 張冬生, 彭灩, 曹劍煒, 朱亦鳴, 秦漢, 陳麟 申請人:上海理工大學