專利名稱：一種光纖激光產(chǎn)生紫外超短脈沖的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖激光產(chǎn)生紫外超短脈沖的裝置。紫外激光可應(yīng)用于前沿科學(xué)研究、工程儀器開發(fā)和工業(yè)裝備制造，并能廣泛用于生物技術(shù)和醫(yī)療設(shè)備。紫外光源非常適合于科學(xué)研研究和工業(yè)生產(chǎn)。在科研方面，紫外波段激光在光譜學(xué)、原子冷卻和捕獲、同位素的測量、原子物理、以及量子光學(xué)等研究領(lǐng)域方面有重要的應(yīng)用。工業(yè)方面，紫外激光是微加工系統(tǒng)的絕佳選擇，廣泛用于電路制版和消費電子產(chǎn)品。由于紫外波段的光子能量較大，難以通過外部激勵的方法直接產(chǎn)生皮秒量級的紫外激光輻射，因此，紫外波段皮秒脈沖的產(chǎn)生一般通過非線性晶體的頻率變換技術(shù)來實現(xiàn)。目前，應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)生紫外波段激光的方法有兩種，一是直接對近紅外激光器進行腔內(nèi)或腔外3倍頻或4倍頻來得到紫外波段激光；二是先利用倍頻技術(shù)將近紅外激光轉(zhuǎn)換到可見波段，然后再利用和頻技術(shù)得到紫外波段激光。其中，第一種方法的有效非線性系數(shù)較小，轉(zhuǎn)換效率較低；后一種方法 由于利用的是二次非線性極化率，轉(zhuǎn)換效率相比前一種高很多。然而，第二種方法需要兩次頻率過程，即需要兩塊非線性光學(xué)晶體，這對光學(xué)設(shè)計、制造成本、光源穩(wěn)定性等方面提出了較高的要求。因此，有必要解決如上問題。本發(fā)明克服了上述技術(shù)的不足，提供了一種光纖激光產(chǎn)生紫外超短脈沖的裝置，該方案在實現(xiàn)手段上相比傳統(tǒng)方法少了一級非線性頻率變換的空間結(jié)構(gòu)，在光源結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和制造成本上具有不小的優(yōu)勢。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案:—種光纖激光產(chǎn)生紫外超短脈沖的裝置，包括有順次連接的用于提供皮秒級基頻光Q1的激光振蕩器100，用于初步提高基頻光Q1能量的光纖預(yù)放大器200，用于進一步提高基頻光Q1能量至發(fā)生非線性六波混頻產(chǎn)生參量過程的信號光《2和信號光ω3的光纖主放大器300，以及用于將高能量基頻光Q1、信號光《2和信號光ω3轉(zhuǎn)換到紫外波段頻率的頻率變換器400。所述光纖預(yù)放大器200包括有輸入端與激光振蕩器100輸出端連接的第一光隔離器201,所述第一光隔離器201輸出端與一波分復(fù)用器202的一輸入端連接,波分復(fù)用器202另一輸入端接有用于提供泵浦能量的第一泵浦源203，波分復(fù)用器202的復(fù)合輸出端接有用于將種子脈沖的能量初步提高的第一增益光纖204，所述第一增益光纖204的輸出端作為光纖預(yù)放大器200的輸出端與光纖主放大器300輸入端連接。所述光纖主放大器300包括有輸入端與光纖預(yù)放大器200輸出端連接的第二光隔離器301，所述第二光隔離器301輸出端與一合束器302的一輸入端連接，所述合束器302上還連接有用于提供泵浦能量的第二泵浦源303和第三泵浦源304，合束器302的復(fù)合輸出端連接有用于進一步提高基頻光O1的能量至發(fā)生信號光非線性六波混頻、產(chǎn)生參量過程的信號光《2和信號光《3的第二增益光纖305，所述第二增益光纖305的輸出端作為光纖主放大器300的輸出端與頻率變換器400輸入端連接。所述頻率變換器400包括有輸入端與光纖主放大器300輸出端連接的分頻器401，所述分頻器401輸出端上連接有用于頻率變換以獲得紫外波段激光輸出的倍頻器或和頻器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:1、與現(xiàn)有的基于光纖激光器通過四倍頻的兩次空間倍頻過程產(chǎn)生紫外激光的方案相比，本裝置的第一次頻率變換是在光纖主放大器中產(chǎn)生，實現(xiàn)了種子脈沖主放大和變頻功能的合二為一，而后僅經(jīng)過一次空間倍頻或者和頻過程即可產(chǎn)生紫外波段激光，不僅簡化了紫外波段激光器的結(jié)構(gòu)，而且大幅降低了激光器的制造成本。2、通過在激光振蕩器與光纖主放大器之間設(shè)置光纖預(yù)放大器，可以初步提高種子脈沖的能量，便于光纖主放 大器將種子脈沖的能量提高到更高的級別和發(fā)生非線性六波混頻。3、本發(fā)明可通過在分頻器上連接多個倍頻器和和頻器，可根據(jù)需要輸出所需波長的紫外波段激光，同時，多個波長的紫外波段激光同步輸出，可用于光學(xué)顯微成像，相干反斯托克斯拉曼成像，醫(yī)學(xué)檢測等多個應(yīng)用領(lǐng)域。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。以下結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明特征及其它相關(guān)特征作進一步詳細說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解:如圖1所示，一種光纖激光產(chǎn)生紫外超短脈沖的裝置，其特征在于包括有順次連接的用于提供皮秒級基頻光Q1的激光振蕩器100，用于初步提高基頻光Q1能量的光纖預(yù)放大器200，用于進一步提高基頻光量至發(fā)生非線性六波混頻產(chǎn)生參量過程的信號光ω2和信號光的光纖主放大器300,以及用于將高能量基頻光Q1、信號光(02和信號光ω 3轉(zhuǎn)換到紫外波段頻率的頻率變換器400。如上所述，在本實施例中，所述激光振蕩器100提供低能量皮秒級脈沖，其脈沖重復(fù)頻率為千赫茲到百兆赫茲量級，中心頻率ω1=289.6ΤΗζ,即中心波長為1036nm，平均功率為數(shù)個毫瓦，然后輸出給光纖預(yù)放大器200進行能量初步放大。所述光纖預(yù)放大器200包括有輸入端與激光振蕩器100輸出端連接的第一光隔離器201,所述第一光隔離器201輸出端與一波分復(fù)用器202的一輸入端連接,波分復(fù)用器202另一輸入端接有用于提供泵浦能量的第一泵浦源203，波分復(fù)用器202的復(fù)合輸出端接有用于將種子脈沖的能量初步提高的第一增益光纖204，所述第一增益光纖204的輸出端作為光纖預(yù)放大器200的輸出端與光纖主放大器300輸入端連接。如上所述，在本實施例中，第一泵浦源203采用單模光纖耦合的半導(dǎo)體激光器，泵浦源波長為976nm，泵浦功率為400mW，所述第一增益光纖204采用摻鐿單模光纖，其將基頻光Q1的能量初步提高，平均功率從數(shù)個毫瓦提升至百毫瓦量級，中心波長保持不變，仍為ω 1；然后輸出給光纖主放大器300，以便于進一步提高種子脈沖的能量至發(fā)生信號光非線性混頻產(chǎn)生參量過程的信號光《2和信號光ω3。所述光纖主放大器300包括有輸入端與光纖預(yù)放大器200輸出端連接的第二光隔離器301，所述第二光隔離器301輸出端與一合束器302的一輸入端連接，所述合束器302上還連接有用于提供泵浦能量的第二泵浦源303和第三泵浦源304，合束器302的復(fù)合輸出端連接有用于進一步提高基頻光O1的能量至發(fā)生信號光非線性六波混頻、產(chǎn)生參量過程的信號光《2和信號光《3的第二增益光纖305，所述第二增益光纖305的輸出端作為光纖主放大器300的輸出端與頻率變換器400輸入端連接。如上所述，在本實施例中，第二泵浦源303和第三泵浦源304都采用多模光纖耦合的半導(dǎo)體激光器，中心波長為976nm，平均功率25W，通過合束器302將信號光和泵浦光進行合束后輸出給第二增益光纖305，第二增益光纖305利用有源粒子摻雜吸收第二泵浦源303和第三泵浦源304的高功率泵浦光實現(xiàn)對光纖預(yù)放大200輸入的基頻光ω:進一步放大，而且將放大后的高功率基頻光Q1轉(zhuǎn)換成其它波段的信號光《2和信號光ω3。當?shù)诙鲆婀饫w305將基頻光Co1的平均功率提升至發(fā)生非線性混頻過程的閾值時，可產(chǎn)生顯著的非線性六波混頻效應(yīng)，S卩ω3=3Χ ω2 — 2Χ Q1，而信號光ω2的中心頻率ω2取決于第二增益光纖305的參數(shù)，如芯徑和包層的直徑、以及數(shù)值孔徑的大小，在本實施例中采用9/128光纖，數(shù)值孔徑NA=0.20為例，當信號光02在LP22模式中傳輸時，對應(yīng)中心頻率ω2=361ΤΗζ，波長為830nm，得出信號光ω3的中心頻率ω3=505ΤΗζ，波長為594nm，然后輸出給頻率變換器400進行頻率變換。 所述頻率變換器400包括有輸入端與光纖主放大器300輸出端連接的分頻器401，所述分頻器401輸出端上分別連接有用于頻率變換以獲得不同波長的紫外波段激光輸出的第一倍頻器402、第一和頻器404、第二和頻器405和第二倍頻器403。如上所述，在本實施例中，倍頻器和和頻器都可采用BBO等非線性光學(xué)晶體進行非線性頻率變換，其將光纖主放大器300輸出的高能量基頻光Q1、信號光《2和信號光ω3的頻率經(jīng)過倍頻或者和頻過程，獲得不同波長的紫外波段激光，所述第一倍頻器402通過
2ω 3將594nm的激光倍頻到297nm ;所述第一和頻器404通過ω 2+ ω 3將594nm與830nm的激光和頻產(chǎn)生346nm ;所述第二和頻器405通過ω1+ω3將594nm與1036nm的激光和頻產(chǎn)生378nm，所述第二倍頻器403通過2 ω 2將830nm的激光倍頻到415nm。如上所述，一切與本案結(jié)構(gòu)相同或相近的技術(shù)方案都示為落入本案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光纖激光產(chǎn)生紫外超短脈沖的裝置，其特征在于包括有順次連接的用于提供皮秒級基頻光Q1的激光振蕩器(100),用于初步提聞基頻光ω i能量的光纖預(yù)放大器(200),用于進一步提高基頻光Q1能量至發(fā)生非線性六波混頻產(chǎn)生參量過程的信號光ω2和信號光的光纖主放大器(300),以及用于將高能量基頻光O1、信號光(02和信號光ω3轉(zhuǎn)換到紫外波段頻率的頻率變換器(400 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖激光產(chǎn)生紫外超短脈沖的裝置，其特征在于所述光纖預(yù)放大器(200)包括有輸入端與激光振蕩器(100)輸出端連接的第一光隔離器(201)，所述第一光隔離器(201)輸出端與一波分復(fù)用器(202)的一輸入端連接,波分復(fù)用器(202)另一輸入端接有用于提供泵浦能量的第一泵浦源(203)，波分復(fù)用器(202)的復(fù)合輸出端接有用于將種子脈沖的能量初步提高的第一增益光纖(204)，所述第一增益光纖(204)的輸出端作為光纖預(yù)放大器(200)的輸出端與光纖主放大器(300)輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光纖激光產(chǎn)生紫外超短脈沖的裝置，其特征在于所述光纖主放大器(300)包括有輸入端與光纖預(yù)放大器(200)輸出端連接的第二光隔離器(301)，所述第二光隔離器(301)輸出端與一合束器(302)的一輸入端連接，所述合束器(302)上還連接有用于提供泵浦能量的第二泵浦源(303)和第三泵浦源(304)，合束器(302)的復(fù)合輸出端連接有用于進一步提高基頻光O1的能量至發(fā)生信號光非線性六波混頻、產(chǎn)生參量過程的信號光《2和信號光《3的第二增益光纖(305)，所述第二增益光纖(305)的輸出端作為光纖主放大器(300)的輸出端與頻率變換器(400)輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光纖激光產(chǎn)生紫外超短脈沖的裝置，其特征在于所述頻率變換器(400)包括有輸入端與光纖主放大器(300)輸出端連接的分頻器(401)，所述分頻器(401)輸出端上連接有用于頻率變換以獲得紫外波段激光輸出的倍頻器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種光纖激光產(chǎn)生紫外超短脈沖的裝置，其特征在于所述頻率變換器(400)包括有輸入端與光纖主放大器(300)輸出端連接的分頻器(401)，所述分頻器(401)輸出端上還分別連接有用于頻率變換以獲得不同波長的紫外波段激光輸出的和頻器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光纖激光產(chǎn)生紫外超短脈沖的裝置，其特征在于所述頻率變換器(400)包括有輸入端與光纖主放大器(300)輸出端連接的分頻器(401)，所述分頻器(401)輸出端上還分別連接有用于頻率變換以獲得不同波長的紫外波段激光輸出的倍頻器。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光纖激光產(chǎn)生紫外超短脈沖的裝置，其特征在于所述頻率變換器(400)包括有輸入端與光纖主放大器(300)輸出端連接的分頻器(401)，所述分頻器(401)輸出端上還分別連接有用于頻率變換以獲得不同波長的紫外波段激光輸出的和頻器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光纖激光產(chǎn)生紫外超短脈沖的裝置，其特征在于所述分頻器(401)輸出端上還分 別連接有用于頻率變換以獲得不同波長的紫外波段激光輸出的和頻器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖激光產(chǎn)生紫外超短脈沖的裝置，包括有順次連接的用于提供皮秒級基頻光ω1的激光振蕩器，用于初步提高基頻光ω1能量的光纖預(yù)放大器，用于進一步提高基頻光ω1能量至發(fā)生非線性六波混頻產(chǎn)生參量過程的信號光ω2和信號光ω3的光纖主放大器，以及用于將高能量基頻光ω1、信號光ω2和信號光ω3轉(zhuǎn)換到紫外波段頻率的頻率變換器。本案的目的是通過光纖主放大器實現(xiàn)種子脈沖主放大和變頻功能的合二為一，而后僅經(jīng)過一次空間倍頻或者和頻過程產(chǎn)生紫外波段激光，從而簡化了紫外波段激光器的結(jié)構(gòu)，大幅降低了激光器的制造成本。
文檔編號H01S3/067GK103227405SQ201310108248
公開日2013年7月31日 申請日期2013年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月30日
發(fā)明者曾和平, 郝強 申請人:廣東漢唐量子光電科技有限公司