寬帶寬高信噪比超短激光脈沖裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種寬帶寬高信噪比超短激光脈沖裝置，包括激光源，其特征在于其構(gòu)成：在所述的激光源輸出的光路上依次是偏振器、第一透鏡、置于真空管腔中的空心光纖，第二透鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、色散補(bǔ)償器、第三透鏡、交叉偏振波產(chǎn)生裝置和檢偏器，所述的空心光纖為外壁經(jīng)過(guò)打毛的空心光纖。本發(fā)明裝置通過(guò)利用表面經(jīng)過(guò)處理的空心光纖實(shí)現(xiàn)光斑質(zhì)量提升的同時(shí)，也避免了由空心光纖引入的后沿脈沖，然后經(jīng)過(guò)交叉偏振波產(chǎn)生技術(shù)得到高信噪比的脈沖既實(shí)現(xiàn)了空心光纖對(duì)激光光束光斑質(zhì)量的提升，又避免了空心光纖引入的后沿脈沖對(duì)后續(xù)系統(tǒng)信噪比的影響，進(jìn)一步提升整個(gè)裝置信噪比的同時(shí)也進(jìn)一步壓縮了脈沖寬度，在強(qiáng)場(chǎng)激光物理實(shí)驗(yàn)中具有重要意義。
【專(zhuān)利說(shuō)明】寬帶寬高信噪比超短激光脈沖裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超短激光脈沖領(lǐng)域，特別是一種寬帶寬高信噪比超短激光脈沖裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]隨著超強(qiáng)超短激光技術(shù)的迅猛發(fā)展，超強(qiáng)超短激光為人類(lèi)提供了前所未有的實(shí)驗(yàn)手段與極端物理?xiàng)l件，目前高功率激光系統(tǒng)的聚焦功率密度已達(dá)到>1022W/cm2，在這種強(qiáng)甚至超強(qiáng)光場(chǎng)條件下，激光與各種形態(tài)物質(zhì)間的相互作用進(jìn)入到了一個(gè)前所未有的高度非線性與相對(duì)論性的新范疇。在不久的將來(lái)，隨著超高強(qiáng)度激光的發(fā)展，激光聚焦強(qiáng)度甚至可能會(huì)達(dá)到1026_28W/cm2的超高量級(jí)，在這樣的極端強(qiáng)度下，超強(qiáng)超短激光脈沖的時(shí)域信噪比已成為強(qiáng)場(chǎng)激光物理等前沿研究中一個(gè)關(guān)鍵的因素。超強(qiáng)超短激光脈沖的時(shí)域信噪比定義為主脈沖強(qiáng)度與其它衛(wèi)星脈沖或是自發(fā)放大輻射(ASE)強(qiáng)度的比值。
[0003]目前，已有多種實(shí)用的提高脈沖時(shí)域?qū)Ρ榷鹊姆椒ǎ?可飽和吸收體技術(shù)(SA)、雙啁啾脈沖放大技術(shù)(DCPA)，交叉偏振波產(chǎn)生技術(shù)(XPW)，光學(xué)參量放大技術(shù)(OPA)等。交叉偏振波產(chǎn)生技術(shù)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，能產(chǎn)生寬帶的超短激光脈沖而被普遍研究并使用，并且采用空心光纖對(duì)入射激光脈沖光斑進(jìn)行整形，可降低交叉偏振波產(chǎn)生技術(shù)中非線性晶體損傷的風(fēng)險(xiǎn)以及提高交叉偏振波產(chǎn)生的輸出光斑質(zhì)量，然而空心光纖會(huì)引入后沿小脈沖(Ding Wang et al., Optics Communications, 284:5338-5341 (2011))，延伸到幾百皮秒以外，這些雖然不影響大多數(shù)的應(yīng)用，但是當(dāng)這些后沿小脈沖進(jìn)入到后續(xù)放大裝置中可能會(huì)因?yàn)榉蔷€性效應(yīng)而轉(zhuǎn)變?yōu)榧す饷}沖前沿的小脈沖，從而降低輸出激光脈沖的信噪比(N.V.Didenko et al., Optics Express, 16:3178-3190 (2008))。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種寬帶寬高信噪比超短激光脈沖裝置。此裝置利用外壁打毛的空心光纖對(duì)激光脈沖光斑進(jìn)行整形，然后經(jīng)過(guò)交叉偏振波產(chǎn)生技術(shù)提高激光脈沖信噪比，在保證空心光纖的光斑整形作用，又避免了空心光纖引入的后沿小脈沖對(duì)后續(xù)非線性過(guò)程信噪比的影響，同時(shí)也降低了交叉偏振波產(chǎn)生技術(shù)中非線性晶體的損傷風(fēng)險(xiǎn)，再通過(guò)交叉偏振波產(chǎn)生過(guò)程，實(shí)現(xiàn)高信噪比超短激光脈沖輸出，為超強(qiáng)激光與物質(zhì)間的相互作用提供激光脈沖源。
[0005]本發(fā)明的具體技術(shù)解決方案如下:
[0006]一種寬帶寬高信噪比超短激光脈沖裝置，包括激光源，其特征在于其構(gòu)成:在所述的激光源輸出的光路上依次是偏振器、第一透鏡、置于真空管腔中的空心光纖，第二透鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、色散補(bǔ)償器、第三透鏡、交叉偏振波產(chǎn)生裝置和檢偏器，所述的空心光纖為外壁經(jīng)過(guò)打毛的空心光纖。
[0007]其工作過(guò)程如下:激光源輸出的激光光束經(jīng)過(guò)偏振器再經(jīng)過(guò)第一透鏡聚焦進(jìn)入置于真空管腔中的空心光纖進(jìn)行光斑整形，整形后的激光光束經(jīng)第二透鏡準(zhǔn)直后，依次經(jīng)過(guò)第一反射鏡、第二反射鏡后，再經(jīng)過(guò)色散補(bǔ)償器進(jìn)行色散補(bǔ)償，然后再經(jīng)第三透鏡聚焦進(jìn)入交叉偏振波產(chǎn)生裝置進(jìn)行脈沖凈化，，凈化后的脈沖最后經(jīng)過(guò)檢偏器檢偏后與激光源脈沖分離，最終產(chǎn)生穩(wěn)定的高信噪比飛秒超短激光脈沖。
[0008]所述的交叉偏振波產(chǎn)生裝置中非線性晶體為CaF2晶體或BaF2晶體，數(shù)量若干，放置于經(jīng)第二透鏡聚焦的光束焦點(diǎn)之前，整個(gè)裝置放置于真空中。
[0009]所述的色散補(bǔ)償器為啁啾鏡對(duì)或是石英片。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)為:
[0011]本發(fā)明利用外壁打毛的空心光纖對(duì)入射激光脈沖進(jìn)行光斑整形，既提高了交叉偏振波產(chǎn)生技術(shù)輸出光斑質(zhì)量,也降低了交叉偏振波產(chǎn)生技術(shù)中非線性晶體損傷的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也消除了空心光纖引入的后沿小脈沖對(duì)整個(gè)裝置信噪比惡化的影響且在空心光纖后利用色散補(bǔ)償器對(duì)整形后的激光脈沖進(jìn)行色散補(bǔ)償，以提高交叉偏振波產(chǎn)生過(guò)程的轉(zhuǎn)換效率及輸出光譜寬度，實(shí)現(xiàn)脈沖寬度的進(jìn)一步壓縮，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、寬帶的高信噪比超短激光脈沖輸出。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明寬帶寬高信噪比超短激光脈沖裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中測(cè)量得到的激光源及高信噪比超短激光脈沖裝置的輸出光譜
[0014]圖3為本發(fā)明 實(shí)施例中測(cè)量得到的空心光纖輸出激光脈沖三階自相關(guān)測(cè)量曲線。
[0015]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中測(cè)量得到的高信噪比超短激光脈沖三階自相關(guān)測(cè)量曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)裝置作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1為本發(fā)明寬帶寬高信噪比超短激光脈沖裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見(jiàn)，本發(fā)明寬帶寬高信噪比超短激光脈沖裝置實(shí)施例包括，激光源I，在所述的激光源I輸出的光路上依次是偏振器2、第一透鏡3、置于真空管腔4中的空心光纖5、第二透鏡6、第一反射鏡7、第二反射鏡8、色散補(bǔ)償器9、第三透鏡10、交叉偏振波產(chǎn)生裝置11和檢偏器12,所述的空心光纖5是外壁打毛的空心光纖。
[0018]其工作過(guò)程如下:激光源I輸出的激光光束經(jīng)過(guò)偏振器2再經(jīng)過(guò)第一透鏡3聚焦進(jìn)入置于真空管腔4中的空心光纖5進(jìn)行整形濾波，整形濾波后的激光光束經(jīng)第二透鏡6準(zhǔn)直后，依次經(jīng)過(guò)第一反射鏡7、第二反射鏡8后，再經(jīng)過(guò)色散補(bǔ)償器9進(jìn)行色散補(bǔ)償，然后再經(jīng)第三透鏡10聚焦進(jìn)入交叉偏振波產(chǎn)生裝置11進(jìn)行脈沖凈化，凈化后的脈沖最后經(jīng)過(guò)檢偏器12檢偏后與泵浦脈沖分離，最終產(chǎn)生穩(wěn)定的高信噪比飛秒超短激光脈沖。
[0019]在本實(shí)施例中所述的激光光束為波長(zhǎng)800nm，重復(fù)頻率1kHz，能量0.5mJ，脈沖寬度為40fs的激光脈沖。第一透鏡3為焦距為Im的透鏡。第二透鏡6為焦距為0.75m的透鏡。空心光纖5為放置在真空管腔4中的外壁打毛的空心光纖。色散補(bǔ)償器9采用啁啾鏡對(duì)和石英片。交叉偏振波產(chǎn)生裝置11放置在真空環(huán)境中，該裝置中的非線性晶體為BaF2晶體，放置于經(jīng)第三透鏡10聚焦的光束焦點(diǎn)之后。第一反射鏡7、第二反射鏡8均為表面鍍有銀膜層的鏡片。[0020]此寬帶寬高信噪比超短激光脈沖裝置，通過(guò)采用外壁打毛的空心光纖對(duì)輸入激光脈沖光斑進(jìn)行整形，既實(shí)現(xiàn)了激光光束質(zhì)量的提升，又降低了交叉偏振波產(chǎn)生中非線性晶體的損傷風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也消除了空心光纖引入的后沿小脈沖對(duì)后續(xù)交叉偏振波產(chǎn)生非線性過(guò)程信噪比惡化的影響。并且通過(guò)在空心光纖之后引入色散補(bǔ)償器進(jìn)行色散補(bǔ)償可以提高交叉偏振波產(chǎn)生過(guò)程的轉(zhuǎn)換效率及輸出光譜寬度，實(shí)現(xiàn)脈沖寬度的進(jìn)一步壓縮，最終實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的寬帶寬高信噪比超短激光脈沖輸出，為超強(qiáng)超短激光與物質(zhì)相互作用領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供了更加優(yōu)質(zhì) 的高信噪比激光光源。
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶寬高信噪比超短激光脈沖裝置，包括激光源(I)，特征在于其構(gòu)成:在所述的激光源(I)輸出的光路上依次是偏振器(2)、第一透鏡(3)、置于真空管腔(4)中的空心光纖(5),第二透鏡(6)、第一反射鏡(7)、第二反射鏡(8)、色散補(bǔ)償器(9)、第三透鏡(10)、交叉偏振波產(chǎn)生裝置(11)和檢偏器(12)，所述的空心光纖(5)為外壁經(jīng)過(guò)打毛的空心光纖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶寬高信噪比超短激光脈沖裝置，其特征在于所述的交叉偏振波產(chǎn)生裝置(11)的非線性晶體氟化鈣晶體或氟化鋇晶體置于真空環(huán)境中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶寬高信噪比超短激光脈沖裝置，其特征在于所述的色散補(bǔ)償器(9)采 用啁啾鏡對(duì)和石英片。
【文檔編號(hào)】G02B27/28GK104022431SQ201410172432
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】許毅, 冷雨欣, 李妍妍, 王丁, 陸效明, 李儒新, 徐至展 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所