一种中红外超快激光源装置制造方法及图纸

本申请提供一种中红外超快激光源装置，包括：超连续谱模块，用于将种子源激光的光谱展宽为超连续谱激光并输出给选频模块；选频模块，用于将选出所述超连续谱激光中的低频激光和高频激光，为后续差频做准备；自差频模块，用于将通过选频模块选出的低频与高频激光进行差频，从而产生中红外超快激光。本申请采用超连续谱自差频方案获取中红外超快激光，突破了受限于激光增益介质的吸收发射光谱范围、锁模器件的工作波长以及带宽、泵浦源的辐射波长以及效率等因素，直接从全固态超快激光器中获取中红外超快激光的波长范围、脉冲宽度都受到了局限的瓶颈。

A Mid-Infrared Ultra-Fast Laser Source Device

The application provides a mid-infrared ultra-fast laser source device, which includes: a supercontinuum spectrum module for broadening the spectrum of seed source laser to supercontinuum spectrum laser and output to frequency selection module; a frequency selection module for selecting low-frequency laser and high-frequency laser in the supercontinuum spectrum laser to prepare for subsequent difference frequency; and an auto-difference frequency module for selecting low-frequency laser through frequency selection module. Differential frequency is used with high frequency laser to produce mid-infrared ultrafast laser. This application adopts the scheme of supercontinuum spectrum self-difference frequency to obtain mid-infrared ultrafast laser. It breaks through the bottleneck of limiting the absorption and emission spectrum range of laser gain medium, the working wavelength and bandwidth of mode-locked device, the radiation wavelength and efficiency of pump source and so on. It directly obtains the wavelength range and pulse width of mid-infrared ultrafast laser from all-solid-state ultrafast laser. \u3002

【技术实现步骤摘要】
一种中红外超快激光源装置
本专利技术涉及中红外超快激光
，尤其涉及一种中红外超快激光源装置。
技术介绍
中红外超快激光兼具中红外波段以及超快激光二者的优势，在科研、医疗、工业、军事等多个领域具有重要的应用，成为了人们的研究热点。目前产生中红外超快激光的主要手段有超快激光器直接产生和非线性频率变换间接产生两种。直接产生中红外波段超快激光的超快激光器包括了全固态超快激光器、量子级联激光器等等。就全固态超快激光器而言，增益介质、锁模器件、泵浦源是获取宽波长范围、窄脉宽超快激光的三个重要因素。目前，全固态超快激光器已经可以产生波长覆盖可见、近红外、甚至部分中红外波段，脉冲宽度从几百皮秒到几个飞秒的超短脉冲激光。然而，受限于激光增益介质的吸收发射光谱范围、锁模器件的工作波长以及带宽、泵浦源的辐射波长以及效率等因素，直接从全固态超快激光器中获取中红外超快激光的波长范围、脉冲宽度都受到了一定的局限。随着半导体激光理论以及技术的迅速发展，出现了另一种可以直接产生中红外超快激光的激光器——量子级联激光器。量子级联激光器是基于电子在导带子能级间跃迁和共振声子辅助隧穿发射激光，因此激光的波长与材料的带隙无关，是由有源区和垒层的厚度决定的，理论上可以支持产生中红外甚至更长波段激光。目前主动锁模技术已经成功地应用在量子级联激光器中，并且获取了的中红外超快激光脉冲，然而同时又受限于主动锁模技术，从量子级联激光器中直接获取中红外超快激光的脉冲宽度局限到皮秒量级甚至更宽。另外，量子级联激光器本身还存在其他一些如结构复杂、工艺要求高、阈值电流密度大、输出功率小、光束质量差等问题有待改进。除了从全固态超快激光器、量子级联激光器直接获取中红外超快激光外，通过非线性频率变换也可以将可见以及近红外波段的超快激光频率下转换到中红外波段，从而间接获取中红外超快激光。近年来，由于非线性晶体材料方面研究取得了重大突破，双折射相位匹配、准相位匹配、微加工技术以及作为泵浦源的全固态超快激光器都取得了巨大进步，使得中红外超快激光的各项指标如覆盖波长范围、脉冲宽度、稳定性等进步迅速。目前常用的非线性光学频率变换主要包括了光学参量产生(OpticalParametricGeneration：OPG)、光学参量振荡器(OpticalParametricOscillator：OPO)、光学参量放大器(OpticalParametricAmplifier：OPA)、差频产生(DifferenceFrequencyGeneration：DFG)等。这四种常用方法的本质都是三波相互作用，但是入射光和出射光的条件有所差异。OPG是一束泵浦光入射到非线性介质中，产生信号光和闲频光；OPO则是将OPG与谐振腔相结合，使原本微弱的参量光(信号光和闲频光)在谐振腔内可以反复振荡，形成较强的参量光；OPA是一束泵浦光和一束弱信号光同时入射到非线性介质中，弱信号光被放大，同时产生一束新频率的光；DFG是指一束高频率光和一束低频率光同时进入非线性介质中进行差频，从而产生一束新频率的光。另外，这四种方法对泵浦激光的峰值功率以及脉冲能量要求不同。OPG和OPA一般要求泵浦激光的能量很高，通常需要放大器作为泵浦源，并且对晶体材料的损伤阈值要求较高，从而限制了非线性材料的可选性；OPO需要的泵浦能量与前两者相比较低，超快激光器可以直接作为泵浦源。也正是由于OPO对泵浦源要求的降低，使得单脉冲能量为纳焦量级的可见以及近红外超快激光器，如钛宝石超快激光器、Yb全固态超快激光器、Yb光纤超快激光器、Er光纤超快激光器等等，都可以作为OPO的泵浦源，中红外超快激光得到了进一步发展。虽然OPO技术使中红外超快激光的波段得到了进一步的扩展，但是由于缺乏高效长波泵浦源，中红外超快激光的波长远远没有达到非线性晶体的透光范围。为了解决这个问题，人们开始研究组合方法，其中一种是光参量振荡差频(OPO+DFG)，即将OPO输出的信号光与闲频光注入到宽带中红外非线性晶体中进行差频获取中红外超快激光；另一种是光参量振荡放大差频(OPO+OPA+DFG)，即OPO输出的信号光与闲频光先进行参量放大在注入非线性晶体中进行差频获取中红外超快激光。尽管这类组合方法拓宽了中红外超快激光的波段以及调谐范围，但是仍然存在一些问题：由于这类组合方法都是基于OPO，因此都需要泵浦源的谐振腔与OPO的谐振腔精确匹配，这就增加了系统的难度和复杂度；由于多次通过非线性晶体，所以对晶体的透过率要求较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种利用超连续谱自差频的中红外超快激光源装置，一定程度上解决了现有系统结构较复杂、不易于调节、对泵浦源以及非线性晶体要求相对高等的问题。一种中红外超快激光源装置，包括：超连续谱模块，用于将种子源激光的光谱展宽为超连续谱激光并输出给选频模块；选频模块，用于将选出所述超连续谱激光中的低频激光和高频激光，为后续差频做准备；自差频模块，用于将通过选频模块选出的低频与高频激光进行差频，从而产生中红外超快激光。进一步地，如上所述的中红外超快激光源装置，所述超连续谱模块包括：全固态Yb飞秒激光源YbLaser、第一耦合透镜O1、第二耦合透镜O2、和光子晶体光纤PCF；所述全固态Yb飞秒激光源YbLaser用于产生种子激光；所述第一耦合透镜O1用于种子激光注入到光子晶体光纤PCF中，所述第二耦合透镜O2用于将超连续谱激光准直并输出给选频模块。进一步地，如上所述的中红外超快激光源装置，所述选频模块包括竖向设置在同一条直线上的第一双色镜DM1和第二双色镜DM2；所述第一双色镜DM1镀有对高频激光反射以及低频激光透射的膜，第二双色镜DM2镀有对高频激光反射低频激光透射的膜；从超连续谱模块输出的超连续谱激光先后通过第一双色镜DM1和第二双色镜DM2反射后将低频和高频激光共线输入到自差频模块。进一步地，如上所述的中红外超快激光源装置，包括：竖向设置在同一直线上的第一反射镜RM1和第二反射镜RM2；所述第一反射镜RM1与第一双色镜DM1在同一水平直线上，第二反射镜RM2与第二双色镜DM2在同一水平直线上，第一反射镜RM1与第一双色镜DM1用于调正低频激光的空间位置，最终于第二双色镜DM2反射的高频激光在空间重合。进一步地，如上所述的中红外超快激光源装置，所述自差频模块包括中红外差频晶体Crystal，用于将选频模块选出的低频激光和高频激光产生差频效应从而获取中红外超快激光。进一步地，如上所述的中红外超快激光源装置，所述自差频模块包括第一凸透镜F1，用于激光共线的低频和高频激光聚焦到中红外差频晶体Crystal中，使激光聚焦的尺寸足够小。进一步地，如上所述的中红外超快激光源装置，所述自差频模块包括第二凸透镜F2和滤波器Filter，所述中红外差频晶体Crystal设置在第一凸透镜F1和第二凸透镜F2之间，滤波器Filter设置在第二凸透镜F2的光输出侧；第二凸透镜F2用于将产生的中红外超快激光准直，Fliter用于将入射的低频和高频激光滤除，只透过产生的中红外激光。进一步地，如上所述的中红外超快激光源装置，在超连续谱模块的光输出端与第一双色镜DM1之间设置有第一宽带窗口镜M1；所述第一宽带窗口镜M1将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中红外超快激光源装置，其特征在于，包括：超连续谱模块，用于将种子源激光的光谱展宽为超连续谱激光并输出给选频模块；选频模块，用于将选出所述超连续谱激光中的低频激光和高频激光，为后续差频做准备；自差频模块，用于将通过选频模块选出的低频与高频激光进行差频，从而产生中红外超快激光。

【技术特征摘要】
1.一种中红外超快激光源装置，其特征在于，包括：超连续谱模块，用于将种子源激光的光谱展宽为超连续谱激光并输出给选频模块；选频模块，用于将选出所述超连续谱激光中的低频激光和高频激光，为后续差频做准备；自差频模块，用于将通过选频模块选出的低频与高频激光进行差频，从而产生中红外超快激光。2.根据权利要求1所述的中红外超快激光源装置，其特征在于，所述超连续谱模块包括：全固态Yb飞秒激光源YbLaser、第一耦合透镜O1、第二耦合透镜O2、和光子晶体光纤PCF；所述全固态Yb飞秒激光源YbLaser用于产生种子激光；所述第一耦合透镜O1用于种子激光注入到光子晶体光纤PCF中，所述第二耦合透镜O2用于将超连续谱激光准直并输出给选频模块。3.根据权利要求2所述的中红外超快激光源装置，其特征在于，所述选频模块包括竖向设置在同一条直线上的第一双色镜DM1和第二双色镜DM2；所述第一双色镜DM1镀有对高频激光反射以及低频激光透射的膜，第二双色镜DM2镀有对高频激光反射低频激光透射的膜；从超连续谱模块输出的超连续谱激光先后通过第一双色镜DM1和第二双色镜DM2反射后将低频和高频激光共线输入到自差频模块。4.根据权利要求3所述的中红外超快激光源装置，其特征在于，包括：竖向设置在同一直线上的第一反射镜RM1和第二反射镜RM2；所述第一反射镜RM1与第一双色镜DM1在同一水平直线上，第二反射镜RM2与第二双色镜DM2在同一水平直线上，第一反射镜RM1与第一双色镜DM1用于调正低频激光的空间位置，最终于第二双色镜DM2反射的高频激光在空间重合。5.根据权利要求4所述的中红外超快激光源装置，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高子叶，唐曦，邓涛，林晓东，樊利，夏光琼，吴正茂，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50