基于平顶飞秒激光的成丝装置及超连续辐射发生装置制造方法及图纸

本公开提供了一种基于平顶飞秒激光成丝装置及超连续辐射发生装置，包括飞秒激光放大器、平顶光束整形器、圆锥透镜和熔融石英；飞秒激光放大器发出的激光经平顶光束整形器后获得平顶光束，平顶光束通过圆锥透镜后聚焦到熔融石英中形成等离子体细丝及超连续辐射；本公开利用平顶激光光束和圆锥透镜在激光成丝方面的优点，将平顶飞秒激光经圆锥透镜聚焦在熔融石英中形成等离子体细丝，实现了细丝长度的延长以及细丝强度随传输距离的相对均匀分布，并进一步获得了高能量及高转换效率的超连续辐射。

Filamentation device and supercontinuum radiation generator based on flat top femtosecond laser

【技术实现步骤摘要】
基于平顶飞秒激光的成丝装置及超连续辐射发生装置
本公开涉及激光成丝
，特别涉及一种基于平顶飞秒激光的成丝装置及超连续辐射发生装置。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。自1995年Braun等人首次发现超短脉冲激光在空气中形成等离子体细丝以来，等离子体细丝的相关研究引起了人们极大的兴趣。由于等离子体细丝具有传输距离长(远大于其瑞利距离)、激光强度高、可以导电等特性，其在激光诱导闪电、遥感、光波导、诱导水凝聚、空气污染物检测、射频电磁波传导、THz辐射等诸多领域具有十分重要的应用价值。由于飞秒激光在光学介质中传输时经历的非线性效应，如自相位调制、多光子电离和自陡峭效应等，在形成等离子体细丝的同时，还会伴随激光光谱的展宽，其范围可以覆盖从近紫外到红外区域，这种现象称为超连续辐射。同时，超连续辐射还保持了入射激光的相干性，具有很好的空间和时间相干性，在白光相干光源、腔衰荡光谱技术、LIDAR、计量学、以及生物医学成像等领域具有广阔的应用前景。为了满足众多应用的需求，研究人员提出了很多方法，例如改变入射激光能量、偏振、啁啾、采用轴棱镜、进行脉冲整形、加入相位板等对等离子体细丝的特性进行控制。等离子体细丝特性的改变也将改变超连续辐射的特性，包括展宽范围和光谱强度。对于固体介质，其非线性系数比空气中高出三个数量级，更有利于超连续光谱的展宽和增强。本公开专利技术人发现，尽管增加激光入射能量能够延长等离子体细丝的长度并展宽超连续辐射光谱，但当入射能量过高时，将会造成固体介质的永久损坏，因此，入射激光能量要有一定的限制，这就限制了超连续辐射的进一步展宽和增强。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种基于平顶飞秒激光的成丝装置及超连续辐射发生装置，利用平顶激光光束和圆锥透镜在激光成丝方面的优点，将平顶飞秒激光经圆锥透镜聚焦在熔融石英中形成等离子体细丝，实现了细丝长度的延长以及细丝强度随传输距离的相对均匀分布，并进一步获得了高能量及高转换效率的超连续辐射。为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：本公开第一方面提供了一种基于平顶飞秒激光成丝装置。一种基于平顶飞秒激光成丝装置，包括飞秒激光放大器、平顶光束整形器、圆锥透镜和熔融石英；飞秒激光放大器发出的激光经平顶光束整形器后获得平顶光束，平顶光束通过圆锥透镜后聚焦到熔融石英中形成等离子体细丝。作为可能的一些实现方式，在垂直于激光传播方向使用CCD相机拍摄熔融石英中细丝。作为可能的一些实现方式，所述圆锥透镜为锥角为170°的圆锥透镜。作为可能的一些实现方式，所述飞秒激光放大器为掺钛蓝宝石飞秒激光放大器，输出中心波长为800nm，脉宽为50fs，重复频率为1kHz的高斯激光脉冲。作为可能的一些实现方式，飞秒激光放大器、平顶光束整形器、圆锥透镜和熔融石英所形成的光路在一条直线上。本公开第二方面提供了一种基于平顶飞秒激光超连续辐射发生装置。一种基于平顶飞秒激光超连续辐射发生装置，包括飞秒激光放大器、平顶光束整形器、圆锥透镜和熔融石英；飞秒激光放大器发出的激光经平顶光束整形器后获得平顶光束，平顶光束通过圆锥透镜后聚焦到熔融石英中形成超连续辐射；超连续辐射光经凸透镜后全部收集进积分球中，利用光谱仪测量超连续辐射光谱。作为可能的一些实现方式，所述凸透镜为焦距300mm和直径50.8mm的凸透镜。作为可能的一些实现方式，所述圆锥透镜为锥角为170°的圆锥透镜。作为可能的一些实现方式，所述飞秒激光放大器为掺钛蓝宝石飞秒激光放大器，输出中心波长为800nm，脉宽为50fs，重复频率为1kHz的高斯激光脉冲。作为可能的一些实现方式，飞秒激光放大器、平顶光束整形器、圆锥透镜和熔融石英所形成的光路在一条直线上。与现有技术相比，本公开的有益效果是：1、本公开所述的装置，利用平顶激光光束和圆锥透镜在激光成丝方面的优点，将平顶飞秒激光经圆锥透镜聚焦在熔融石英中形成等离子体细丝，实现了细丝长度的延长以及细丝强度随传输距离的相对均匀分布，并进一步获得了高能量及高转换效率的超连续辐射。2、本公开所述的装置，在熔融石英不产生损伤的前提下，平顶飞秒激光能够携带更高的入射激光能量进行成丝，这样条件下的成丝强度与高斯飞秒激光的成丝虽然强度接近，但长度更长，并且其强度随传输距离的分布也更为均匀，具有较高光强的细丝的长度远大于高斯光束的情况，从而也就可以显著提高超连续辐射的转换效率。3、本公开所述的装置，与高斯飞秒激光的成丝对比发现，平顶飞秒激光可以获得在圆锥透镜焦深区域内强度分布更为均匀的等离子体细丝，这一特征更有利于飞秒激光在固体介质中进行微纳加工等领域的应用。4、本公开所述的装置，在不损伤熔融石英的条件下，平顶飞秒激光成丝可以获得更高能量、更高转换效率的超连续辐射，这是因为若产生光强相近的细丝，平顶飞秒激光所需的初始激光能量更高，此激光能量下产生的细丝长度更长、均匀性更好。附图说明图1为本公开实施例1提供的基于平顶飞秒激光成丝装置的结构示意图。图2(a)和图2(b)分别为本公开实施例1提供的飞秒高斯激光和平顶激光在熔融石英中成丝的荧光图像；图2(c)和图2(d)分别为本公开实施例1提供的飞秒高斯激光和平顶激光的初始光斑示意图；图2(e)和图2(f)分别为本公开实施例1提供的飞秒高斯激光和平顶激光在成丝轴线上的荧光强度随传输距离的演化示意图。图3(a)为本公开实施例1提供的入射能量为1.319mJ的平顶激光经圆锥透镜在熔融石英中形成的细丝荧光图像(a)；图3(b)为本公开实施例1提供的入射能量为1.319mJ的平顶激光经圆锥透镜在熔融石英中形成的细丝荧光在光轴上的强度随传输距离的演化。图4为本公开实施例2提供的基于平顶飞秒激光超连续辐射发生装置的结构示意图。图5为本公开实施例2提供的入射能量为672μJ的高斯光束与672μJ、1.319mJ的平顶光束成丝产生的超连续辐射光谱示意图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例1：现有技术中已经利用平顶激光经微透镜阵列聚焦，实现了熔融石英中成丝起点几乎相同的均匀的细丝阵列排布，并获得了高能量及高转换效率的超连续辐射。...

【技术保护点】
1.一种基于平顶飞秒激光成丝装置，其特征在于，包括飞秒激光放大器、平顶光束整形器、圆锥透镜和熔融石英；/n飞秒激光放大器发出的激光经平顶光束整形器后获得平顶光束，平顶光束通过圆锥透镜后聚焦到熔融石英中形成等离子体细丝。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于平顶飞秒激光成丝装置，其特征在于，包括飞秒激光放大器、平顶光束整形器、圆锥透镜和熔融石英；
飞秒激光放大器发出的激光经平顶光束整形器后获得平顶光束，平顶光束通过圆锥透镜后聚焦到熔融石英中形成等离子体细丝。


2.如权利要求1所述的基于平顶飞秒激光成丝装置，其特征在于，在垂直于激光传播方向使用CCD相机拍摄熔融石英中细丝。


3.如权利要求1所述的基于平顶飞秒激光成丝装置，其特征在于，所述圆锥透镜为锥角为170°的圆锥透镜。


4.如权利要求1所述的基于平顶飞秒激光成丝装置，其特征在于，所述飞秒激光放大器为掺钛蓝宝石飞秒激光放大器，输出中心波长为800nm，脉宽为50fs，重复频率为1kHz的高斯激光脉冲。


5.如权利要求1所述的基于平顶飞秒激光成丝装置，其特征在于，飞秒激光放大器、平顶光束整形器、圆锥透镜和熔融石英所形成的光路在一条直线上。


6.一种基于平顶飞秒激光超连续辐射发生装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝作强，张兰芝，付丽丽，常峻巍，蔡阳健，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东;37