專利名稱：寬帶可調(diào)諧超短脈沖激光系統(tǒng)的制作方法
寬帶可調(diào)諧超短脈沖激光系統(tǒng)是一種紫外光～可見光～紅外光寬帶調(diào)諧激光器，屬于一種固體脈沖激光器。
超短脈沖激光由于它具有異常強(qiáng)大的瞬時功率密度(可大到幾十千兆瓦/厘米2)和前所未有的時間分辨率(脈寬可窄到10-15秒)而成為超快過程探索研究不可或缺的工具。因此，超短脈沖技術(shù)在生物工程、遺傳工程、激光化學(xué)、藥學(xué)等前沿學(xué)科的研究中起了重要作用，但是對不同科研對象的探索要在紅外、可見、紫外等不同的頻段內(nèi)進(jìn)行、因而研制一種大功率寬帶可調(diào)諧超短脈沖激光系統(tǒng)已成為當(dāng)務(wù)之急。這種系統(tǒng)一般是用一束激光超短單脈沖去泵浦一個由非線性晶體構(gòu)成的參量調(diào)諧發(fā)生和放大器去發(fā)生并放大參量光，再通過配匹角的調(diào)諧來產(chǎn)生波長可調(diào)諧的參量光。對這個系統(tǒng)的第一個要求是參量光要能夠覆蓋紅外～可見～紫外光的全部頻譜，其次，要求脈寬窄到PS量級、有高的時間分辯率、第三要求超短激光脈沖的瞬時功率密度大、第四要求泵浦光的光斑足夠大，以包含較高的能量，第五要求泵浦光的穩(wěn)定性足夠好，頻譜足夠純，以保證參量光穩(wěn)定。能同時綜合滿足這些要求的寬帶可調(diào)諧超短脈沖激光系統(tǒng)在國內(nèi)外尚未見到報導(dǎo)，雖然英國專利GB 2021-278，美國專利US3，856，380和美國專利US4，250，465都涉及到了激光調(diào)諧問題，但不是目的不同就是方法不同，都無法移用以達(dá)到上述要求。
為了解決這些問題，本發(fā)明提出了一種寬帶可調(diào)諧超短脈沖激光系統(tǒng)。
這種系統(tǒng)包括激光器、非線性晶體、棱鏡、濾光鏡、透鏡和其它機(jī)械調(diào)節(jié)裝置，如間距、角度的微調(diào)裝置，其特征在于由微微秒脈沖激光器輸出的泵浦光經(jīng)濾光鏡偏轉(zhuǎn)再經(jīng)過一個棱鏡分頻、純化后，入射到一個光壓縮裝置，壓縮后的泵浦光通過一個參量寬帶調(diào)諧發(fā)生和放大裝置，形成一束與泵浦光共線匹配的放大了的參量光，這束放大光經(jīng)過一個棱鏡又分出可見光(信號光)、紅外光(閑頻光)和殘余的泵浦光。其中的可見光經(jīng)過光壓縮裝置、紫外倍頻器和一塊可見光吸收板后，即透射出可調(diào)諧的紫外光。上述的寬帶調(diào)諧放大裝置是由沿光路主軸配置的參量發(fā)生器、光欄和參量放大器組成，這種參量發(fā)生器和放大器以及紫外倍頻器均由BBO(β-BaB2O4)晶體制成。
實驗證明用500MW/Cm2、3547A°、脈寬35Ps的激光超短單脈沖泵浦由BBO晶體制成的參量寬帶調(diào)諧發(fā)生和放大裝置，并進(jìn)行共線匹配調(diào)諧后，它們所產(chǎn)生的參量光的波長在210nm～2.6μm范圍內(nèi)可調(diào)、覆蓋了紅外光～可見光～紫外光整個波段(當(dāng)參量晶體在23～33度調(diào)節(jié)，倍頻晶體在29～89度調(diào)節(jié)時)。
為了在下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳盡的闡述，現(xiàn)把本申請文件使用的附圖名稱和編號簡介如下

圖1-寬帶可調(diào)諧超短脈沖激光系統(tǒng)原理簡圖。
實施例見圖1.其中1是Nd3yAG Ps激光器，它產(chǎn)生波長為1.06μm的高穩(wěn)定度、高功率密度的超短激光單脈沖，經(jīng)二倍頻，產(chǎn)生5320A°的綠光，再經(jīng)三倍頻，產(chǎn)生波長為3547A°的紫外光，去泵浦BBO晶體，2是一個45°入射的濾光鏡，3是一個用紫外石英制成的阿貝棱鏡，濾光鏡把波長為3547A°的三倍頻光全反射給阿貝棱鏡，該棱鏡，使3547A°的三倍頻光與5320A°的二倍頻光、1.06μm的基頻光徹底分頻，確保了泵浦光的頻譜純度。從阿貝棱鏡3輸出的泵浦光經(jīng)過一個沿光路主軸按焦距比為3∶1的透鏡組4、5及光欄6組成的壓縮透鏡組，以保證入射光斑為最佳模式來得到最佳功率密度，光欄6可用于空間濾波，減少雜散光和高次諧波以提高光束質(zhì)量。這樣壓縮的泵浦光通過用BBO晶體制成的參量發(fā)生器7、光欄8、以及也是用BBO晶體制成的參量放大器9所構(gòu)成的參量寬帶調(diào)諧發(fā)生和放大裝置后即可獲得與原泵浦光共線匹配且放大了的參量光，光欄8是用于限制線寬以保證在9中能產(chǎn)生窄線寬的光參量放大的。由于本系統(tǒng)是在Nd3+yAG激光器中先進(jìn)行單脈沖選取經(jīng)二級放大和三倍頻后，再利用參量發(fā)生和放大器來作角度調(diào)諧，從而直接輸出調(diào)諧后的單脈沖，這就避免了同步泵浦染料激光器先調(diào)諧后單選所遇到選取不同波長單脈沖的技術(shù)難點。參量發(fā)生利用角度調(diào)諧還具有不要附加色散元件，損耗小的優(yōu)點，比起參量振蕩來說，不用諧振腔，避免了寬頻帶諧振輸出腔鏡鍍膜的困難，也避免在腔內(nèi)多次振蕩產(chǎn)生的相速與群速失配，避免了泵浦光與信號光的時間錯位與空間錯位，保證了二者之間的同步。上述放大后的參量光再經(jīng)過一塊阿貝棱鏡10后就分頻為紅外光IR，可見光和殘余的泵浦光Pμmp輸出。其中可見光可以單獨輸出，也可以通過一個焦距比為2∶1，由兩個透鏡11、12和光欄13組成的光壓縮鏡，BBO晶體制成的紫外倍頻器14，和可截取可見光的吸收片15后去產(chǎn)生紫外光。關(guān)于泵浦光源，由于在Nd3+yAG激光器的振蕩級采用了主被動鎖模和腔長調(diào)制頻率微調(diào)裝置，故保證了泵浦光的高穩(wěn)定度，在單脈沖選取和兩級放大及倍頻后，泵浦光穩(wěn)定度可達(dá)到±5%。
本系統(tǒng)中，也可以采用三棱鏡去代替阿貝棱鏡，用縮束望遠(yuǎn)鏡去代替光壓縮透鏡組。
由此可見，采用棱鏡分光、純化泵浦光、去泵浦參量發(fā)生器BBO晶體，以產(chǎn)生從可見到紅外的可調(diào)諧參量光，再經(jīng)參量放大器BBO晶體放大，得到功率可達(dá)100MW/pulse的可調(diào)諧參量光，再經(jīng)紫外倍頻BBO晶體對4000A°～8000A°的可見光進(jìn)行倍頻，便可得到2100A°-4000A°的紫外可調(diào)諧激光超短脈沖。實驗證明這套實驗裝置和樣機(jī)保證了本發(fā)明的可實現(xiàn)性及實用性。
權(quán)利要求
1.一種寬帶可調(diào)諧超短脈沖激光系統(tǒng)，其特征在于，由微微秒脈沖激光器輸出的泵浦光經(jīng)濾光鏡偏轉(zhuǎn)后，再經(jīng)過一個棱鏡分頻、純化后入射到一個光壓縮裝置，壓縮后的泵浦光通過一個參量寬帶調(diào)諧發(fā)生和放大裝置，形成一束與泵浦光共線匹配的放大了的參量光，它經(jīng)過一個棱鏡又分頻為可見光、紅外光和殘余的泵浦光，這束可見光經(jīng)過光壓縮鏡、紫外倍頻器和一塊可見光吸收片后產(chǎn)生紫外光，上述寬帶調(diào)諧發(fā)生和放大裝置是由沿光路主軸配置的參量發(fā)生器、光欄和參量放大器組成，這種參量發(fā)生器、放大器和紫外倍頻器均由BBO(β-BaB2O4)晶體制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的寬帶可調(diào)諧超短脈沖激光系統(tǒng)、其特征在于，所說的微微秒脈沖激光器可以是Nd3+yAG激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的寬帶可調(diào)諧超短脈沖激光系統(tǒng)，其特征在于，所說的光壓縮裝置是指由沿光路主軸按不同焦距比配置的透鏡組，也可以用縮束望遠(yuǎn)鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的寬帶可調(diào)諧超短脈沖系統(tǒng)，其特征在于，所說的泵浦光分頻棱鏡是一種以紫外石英為材料的阿貝棱鏡，也可用三棱鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的寬帶可調(diào)諧超短脈沖系統(tǒng)，其特征在于，所說的棱鏡是阿貝棱鏡，也可以是三棱鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的寬帶可調(diào)諧超短脈沖系統(tǒng)，其特征在于，所說的放大光分頻棱鏡是一種以火石玻璃為材料的阿貝棱鏡。
全文摘要
寬帶可調(diào)諧超短脈沖激光系統(tǒng)是一種全固態(tài)的脈沖激光器。本發(fā)明的特點在于它采用棱鏡提高了泵浦光的頻譜純度，使產(chǎn)生的信號光純度高、功率大，用光壓縮透鏡來獲得最佳泵浦光斑面積并提高了光束的能量和質(zhì)量，用BBO晶體制成的參量寬帶調(diào)諧發(fā)生和放大裝置實行角度調(diào)諧。用主被動鎖模等保證了該Na
文檔編號G02F1/39GK1063779SQ9110043
公開日1992年8月19日 申請日期1991年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1991年1月31日
發(fā)明者黃騮, 殷寶璐, 李曉毅, 黃魴, 孫斌, 李強(qiáng) 申請人:北京工業(yè)大學(xué)