專利名稱：一種用于紫外光學(xué)頻率梳驅(qū)動源的產(chǎn)生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超快激光技術(shù)方向，具體的講是-一種用于紫外光學(xué)頻率梳驅(qū)動 源的產(chǎn)生方法。
背景技術(shù)：
基于激光的精密光譜學(xué)的發(fā)展極大地提高人類探索自然規(guī)律的能力，匕被 科學(xué)界公認(rèn)為人類揭示物質(zhì)的新的結(jié)構(gòu)和新的現(xiàn)象、探索微觀世界物理規(guī)律、
以及認(rèn)識原子分子結(jié)構(gòu)最有力的工具。20世紀(jì)末，科學(xué)家通過對飛秒激光穩(wěn)頻 技術(shù)的研究、超快激光的載波位相的精確控制突破了光場時域和頻域研究領(lǐng)域 的隔閡，實(shí)現(xiàn)了對光場時-頻域同時精密控制和飛秒光學(xué)頻率梳，進(jìn)而可發(fā)展 時域和頻域同時具有超高分辨率的光譜探測，極大地提升基于超快激光的精密 光譜學(xué)的技術(shù)手段和應(yīng)用范疇。對光場在時域-頻域同時實(shí)現(xiàn)精密控制的技術(shù) 正在開始推進(jìn)到紫外(UV)、極紫外(XUV)和軟X射線超短波段。最近，T. W. Hansch小組等將光梳技術(shù)延伸到UV和XUV區(qū)域。
極紫外、軟X射線、X射線波段等更高頻率范疇的原子鐘有望史大幅度的 提升時間頻率度量的精度。當(dāng)前，紫外與極紫外光梳產(chǎn)生大都通過外腔增強(qiáng)飛 秒脈沖驅(qū)動高次諧波產(chǎn)生，其進(jìn)--步發(fā)展尚局限于難以獲得高重復(fù)頻率高峰值 功率的極端超快且時頻域精密控制的飛秒驅(qū)動脈沖，如常規(guī)飛秒振蕩級輸出單 脈沖能量為納焦耳量級，而紫外光梳產(chǎn)生實(shí)驗-般采用毫焦耳甚至更大的脈沖 驅(qū)動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種用于紫外光學(xué)頻率梳 驅(qū)動源的產(chǎn)生方法。該方法提供-種高重復(fù)頻率高峰值功率的極端超快且時頻 域精密控制的飛秒驅(qū)動脈沖，用來驅(qū)動產(chǎn)生紫外光梳頻率梳。
本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成
--種用于紫外光學(xué)頻率梳驅(qū)動源的產(chǎn)生方法，其特征在于該方法包括激光同歩控制、光學(xué)參量啁啾脈沖放大，將載波相位穩(wěn)定的激光器所輸出超短脈 沖分成兩束， 一束用來作為光學(xué)參量啁啾脈沖放大的待放大的信號光，另外一 束通過交叉相位調(diào)制或者增益選擇放大用來產(chǎn)生同步泵浦信號，而后以皮秒、 納秒級的脈沖強(qiáng)激光作為光學(xué)參量啁啾脈沖放大泵浦源，在光學(xué)參量啁啾脈沖
放大輸出端利用光柵對J-K縮，獲得超短超強(qiáng)激光輸出。
作為光學(xué)參量啁啾脈沖放大的待放大的信號光一定要為近周期量級的6 秒脈沖激光，在經(jīng)過展寬、放大后，依然能壓縮到一到兩個光學(xué)周期。所述的 同步泵浦信號，其產(chǎn)生是依靠摻鐿光纖波分復(fù)用放大及增益調(diào)制式飛秒光梳相 千疊加，將飛秒超短脈沖信號光展寬成皮秒、納秒級啁啾脈沖，再在經(jīng)過雙包 層光纖放大。所述的同步泵浦信號，其產(chǎn)生是依靠摻鐿光纖波分復(fù)用放大及增 益調(diào)制式飛秒光梳相干疊加，將—《秒超短脈沖信號光展寬成皮秒、納秒級啁啾 脈沖，再在經(jīng)過雙包層光纖放大。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于與通常的紫外光梳產(chǎn)生方案不同的是，實(shí)驗中無需復(fù)雜 的電路系統(tǒng)，可以大大降低對環(huán)境尤其是溫度和振動的要求，就可以獲得應(yīng)用 范圍更為廣泛的相對高功率、高重復(fù)頻率的更短波長的紫外光學(xué)頻率梳。 附圖概述
附

圖1本發(fā)明產(chǎn)生紫外光梳頻率梳驅(qū)動源的原理框架附圖2本發(fā)明產(chǎn)生紫外光梳頻率梳驅(qū)動源的鈦寶石激光器與光纖激光器
同步的結(jié)構(gòu)示意附圖3本發(fā)明產(chǎn)牛紫外光梳頻率梳驅(qū)動源的雙包層光纖放大部分的結(jié)構(gòu) 示意附圖4本發(fā)明產(chǎn)生紫外光梳頻率梳驅(qū)動源的0PCPA部分的結(jié)構(gòu)示意圖。 具體技術(shù)方案
以卜_結(jié)合附圖通過實(shí)施例對本發(fā)明特征及其它相關(guān)特征作進(jìn) 一 歩詳細(xì)說 明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解
如圖1-4所示，圖中標(biāo)號分別表示摻鐿增益光纖Yb-doped fiber、準(zhǔn) 直器collimator,四分之-'波片入/4 w. p.、半波片入/2 w. p.、偏振分朿片 polarizing beamsplitter、隔離器isolator、波分復(fù)用器WDM coupler、激 光二極管激光器diode ]aser、透鏡lens、鍍膜A，800nm/H鵬1064nm雙色鏡M、鈦藍(lán)寶石激光振蕩器Ti:S、輸入脈沖seed、摻鐿雙包層光纖YDCF、雙色 鏡dichroic mirror、輸出光束output、展寬器stretcher、壓縮器compressor、 平面高反鏡Ml、屋脊型爬高爬低架M2、光柵G、泵浦脈沖pump、 BB0晶體BB0、 非共線參量放大NOPA。
實(shí)施例本實(shí)施例歩驟如圖l所示的原理圖，具體歩驟是(1)根據(jù)要求， 選用商售的載波相位穩(wěn)定的鈦藍(lán)寶石激光振蕩器，其輸出光譜覆蓋650nm到 1100nm很寬的頻段范圍。(2)把CEP穩(wěn)定的鈦寶石激光器的輸出激光進(jìn)行分 束， 一部分作為同步放大的種子光，驅(qū)動一臺采用非線性相位偏轉(zhuǎn)及增益調(diào) 制機(jī)制鎖模的光纖激光器，該光纖激光器輸出中心波長為1微米波段，通過 外加脈沖與環(huán)路內(nèi)光場間的交叉相位調(diào)制誘導(dǎo)偏振偏轉(zhuǎn)，利用交叉相位調(diào)制 及諧波鎖模技術(shù)，使此光纖激光器的工作狀態(tài)完全受到鈦藍(lán)寶石激光器的調(diào) 制，并與鈦藍(lán)寶石激光器保持同步狀態(tài)，輸出脈沖寬度在幾十飛秒到幾納秒 可控制，如圖2所示的原理圖。具體實(shí)施步驟為把CEP穩(wěn)定的鈦寶石激光 器的輸出激光進(jìn)行分束， 一部分作為同步放大的種子光，驅(qū)動一臺采用非線 性相位偏轉(zhuǎn)及增益調(diào)制機(jī)制鎖模的光纖激光器，輸出光譜為1000--1080nm。從 Ti :S激光器輸出的激光脈沖采用鍍膜A1^800nm/服肌064nm雙色鏡選出波長在 1064nm附近的輸出光，通過顯微物鏡耦合進(jìn)入單模光纖中。受控激光器為摻 鐿鎖模環(huán)形光纖激光器，泵浦光采用980/1064服的波分復(fù)用器將980nm半導(dǎo) 體激光二極管器輸出的泵浦激光注入環(huán)形腔，光纖環(huán)形腔中采用的增益介質(zhì) 為摻鐿單模光纖，環(huán)形激光器的鎖模機(jī)制為光在光纖中傳輸?shù)姆蔷€性偏振旋 轉(zhuǎn)和光克爾效應(yīng)，腔內(nèi)激光的偏振旋轉(zhuǎn)分別在光纖和空間兩部分中完成在 光纖中，光偏振為非線性旋轉(zhuǎn)和光克爾效應(yīng)；在空間里，光的偏振受二分之 一和四分之一波片(@1064)的控制。依靠兩個準(zhǔn)直器進(jìn)行激光在光纖和空間 的轉(zhuǎn)換。激光的輸出由偏振分束器完成，并采用隔離器控制激光的單向傳輸。 交叉相位調(diào)制引入的非線性偏振旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致了積累的最大增益與注入的種子光 脈沖序列的同歩，產(chǎn)生了 1微米波段光纖激光器與鈦寶石激光器同步的諧波 鎖模。(3)采用摻鐿單模光纖及雙包層光纖放大技術(shù)對該光纖激光器的輸出 脈沖進(jìn)行多級放大，可得到平均功率為百瓦以上的中心波長1微米波段脈沖 激光，如圖3所示的原理圖。具體實(shí)施步驟為通過空間透鏡耦合，將種子光經(jīng)一透鏡聚焦，耦合入摻鐿雙包層光纖主放大系統(tǒng)進(jìn)行放大。摻鐿雙包層 光纖主放大系統(tǒng)主要由三部分組成耦合系統(tǒng)、增益光纖、泵浦源。增益光 纖采用摻鐿雙包層光纖。泵浦源為尾纖式半導(dǎo)體激光二極管器，中心波長為
976 nm。采用凸透鏡將種子光耦合進(jìn)光纖，達(dá)到較高的耦合效率；泵浦光的
耦合采用兩個非球面透鏡，經(jīng)過整形的抽運(yùn)光光斑完全符合增益光纖內(nèi)包層
的參數(shù)需求。放大的激光由--片45。雙色鏡輸出。(4)經(jīng)過光學(xué)寬帶倍頻， 獲得與鈦藍(lán)寶石激光器同歩的、重復(fù)頻率為80MHz的、中心波長為523nin的、 平均功率約為150W、脈沖寬度從幾十fs到幾納秒可控的激光脈沖，作為OPCPA 泵浦源的驅(qū)動光。(5) CEP穩(wěn)定的鈦藍(lán)寶石激光器的輸出的另一部分激光進(jìn) 入光學(xué)展寬器，采用光學(xué)光柵把飛秒激光脈沖展寬到皮秒量級，做為OPCPA 的信號光，如圖4屮stretcher部分所不的原理圖。具體歩驟是根據(jù)理論 計算得出欲展寬倍數(shù)所對應(yīng)的光柵之間的距離，確定光柵上的入射角，確定 各光學(xué)元器件的大小和品質(zhì)參數(shù)；將欲展寬的激光引入平臺，從透鏡返冋的 光線束經(jīng)過第二塊光柵G后將平行衍射而出，這時在平行光的出射方向上設(shè) 置一個屋脊型爬高爬低架M2，將光束爬低后重新返回到光柵上進(jìn)行二次展寬。 (6)采用OPA技術(shù)，采用BBO晶體，產(chǎn)生中心波長在800 nm，輸出能量達(dá)到 50 W的高重復(fù)頻率的皮秒激光脈沖。放大脈沖進(jìn)入光學(xué)光柵壓縮器，最終實(shí) 現(xiàn)脈沖寬度為飛秒量級，中心波長為800 nm，輸出功率達(dá)到50 W的高重復(fù)頻 率紫外光梳產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖，如圖4所示的原理圖。
權(quán)利要求
1、一種用于紫外光學(xué)頻率梳驅(qū)動源的產(chǎn)生方法，其特征在于該方法包括激光同步控制、光學(xué)參量啁啾脈沖放大，將載波相位穩(wěn)定的激光器所輸出超短脈沖分成兩束，一束用來作為光學(xué)參量啁啾脈沖放大的待放大的信號光，另外一束通過交叉相位調(diào)制或者增益選擇放大用來產(chǎn)生同步泵浦信號，而后以皮秒、納秒級的脈沖強(qiáng)激光作為光學(xué)參量啁啾脈沖放大泵浦源，在光學(xué)參量啁啾脈沖放大輸出端利用光柵對壓縮，獲得超短超強(qiáng)激光輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述作為光學(xué)參量啁啾脈沖放大的待放大的信號光，其 特征在于作為光學(xué)參量啁啾脈沖放大的待放大的信號光為近周期量級的飛秒 脈沖激光，待放大的信號光采用光學(xué)光柵把飛秒激光脈沖展寬到皮秒量級， 在經(jīng)過展寬、放大后，依然可壓縮到一到兩個光學(xué)周期。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的'種用于紫外光學(xué)頻率梳驅(qū)動源的產(chǎn)生方法，其 特征在于所述的同歩泵浦信號，其產(chǎn)生是依靠摻鐿光纖波分復(fù)用放大及增益 調(diào)制式飛秒光梳相干疊加，將飛秒超短脈沖信號光展寬成皮秒、納秒級啁啾 脈沖，再經(jīng)過雙包層光纖放大。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種紫外光學(xué)頻率梳驅(qū)動源的產(chǎn)生方法，其特征 是在于所述雙包層光纖放大是指通過空間透鏡耦合，將種子光經(jīng)一透鏡聚焦， 耦合入摻鐿雙包層光纖主放大系統(tǒng)進(jìn)行放大。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種紫外光學(xué)頻率梳驅(qū)動源的產(chǎn)生方法，其特征 是在于所述摻鐿雙包層光纖主放大系統(tǒng)由耦合系統(tǒng)、增益光纖、泵浦源組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于紫外光學(xué)頻率梳驅(qū)動源的產(chǎn)生方法，該方法包括激光同步控制、光學(xué)參量啁啾脈沖放大，將載波相位穩(wěn)定的激光器所輸出超短脈沖分成兩束，一束用來作為光學(xué)參量啁啾脈沖放大的待放大的信號光，另外一束通過交叉相位調(diào)制或者增益選擇放大用來產(chǎn)生同步泵浦信號，而后以皮秒、納秒級的脈沖強(qiáng)激光作為光學(xué)參量啁啾脈沖放大泵浦源，在光學(xué)參量啁啾脈沖放大輸出端利用光柵對壓縮，獲得超短超強(qiáng)激光輸出，其優(yōu)點(diǎn)在于無需復(fù)雜的電路系統(tǒng)，可以大大降低對環(huán)境尤其是溫度和振動的要求，就可以獲得應(yīng)用范圍更為廣泛的相對高功率、高重復(fù)頻率的更短波長的紫外光學(xué)頻率梳。
文檔編號H01S3/00GK101442176SQ20081020326
公開日2009年5月27日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者曾和平, 李文雪, 潘海峰, 強(qiáng) 郝 申請人:華東師范大學(xué)