一种产生2微米少周期激光脉冲的系统技术方案

本发明专利技术公开了一种产生2微米少周期激光脉冲的系统，包括激光放大器、可见光超连续光谱产生元件、脉冲延时系统和近红外超连续光谱产生元件，其优点在于，本发明专利技术不仅可以适用不同波段2微米少周期激光脉冲的产生，而且可以实现与脉冲内差频方法相当的短脉冲，而且与基于钛蓝宝石激光器的方法相比，还降低了成本。还降低了成本。还降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种产生2微米少周期激光脉冲的系统


[0001]本专利技术属于超快激光领域，主要用于产生2微米少周期激光脉冲。

技术介绍

[0002]超快激光脉冲在激光加工、医疗手术、以及中红外超快激光脉冲产生等领域具有重要应用。其中，具有少周期的2微米超快激光器是驱动产生水窗波段X射线源和阿秒激光脉冲的重要光源。因此，获得2微米少周期超快激光脉冲得到研究人员的极大关注。目前，在2微米光纤激光器中利用基于中空光纤的非线性脉冲压缩技术已实现单周期的超快激光脉冲。在固体激光器中，2微米少周期超快激光脉冲可利用基于充有惰性气体的多通池、激光成丝、以及非线性频率变换等技术实现。由于非线性频率变换具有更大的光谱优化自由度，常被用于产生2微米少周期超快激光脉冲。已有利用基于钛宝石激光器的内脉冲差频技术产生2微米少周期超快激光脉冲的报道。然而，钛宝石激光器高成本、低输出功率的特点阻碍了该技术的进一步发展。基于成熟的1微米超快脉冲激光技术通过差频获得2微米少周期超快激光脉冲得到快速发展。目前，利用1微米超快激光器，通过激光成丝产生的可见光超连续光谱和基频光差频已获得2.5个光周期(16fs)2微米超快激光脉冲。然而，基频光受限的带宽，限制了更窄脉宽的获得。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种利用两束超连续光谱激光脉冲差频直接获得2微米少周期超快激光脉冲，超连续激光光谱可通过透明介质中的激光成丝过程或高非线性光纤中的非线性光谱展宽过程产生。该少周期激光脉冲产生方法可以适用于不同的激光波段，该系统不仅可以实现与脉冲内差频方法相当的短脉冲，而且与基于钛蓝宝石激光器的方法相比，还降低了成本。其技术方案为，
[0004]一种产生2微米少周期激光脉冲的系统，包括激光放大器、可见光超连续光谱产生元件、脉冲延时系统和近红外超连续光谱产生元件，激光放大器发出的激光光束经过第一个分光镜后分为光束I和光束II，光束I经过可见光超连续光谱产生元件，产生可见光超连续光谱激光脉冲，光束II经过脉冲延时系统后由第一个平面镜进入近红外超连续光谱产生元件，获得近红外超连续光谱激光脉冲；可见光超连续光谱激光脉冲经过第一个色散管理元件、二向色镜后与近红外超连续光谱激光脉冲共同进入激光差频晶体，通过差频产生少周期激光脉冲，然后经第二个色散管理元件对2微米少周期激光脉冲进一步压缩，最终获得2微米少周期超快激光脉冲。
[0005]优选的，激光放大器要求激光脉冲在亚皮秒量级，脉冲能量大于数十毫焦，采用固体激光放大器或光纤激光放大器。
[0006]优选的，所述可见光超连续光谱产生元件和近红外超连续光谱激光脉冲产生元件为透明介质和高非线性光纤或空芯光纤时，利用发生在透明介质中的激光成丝过程和光纤的非线性光谱展宽过程获得可见光和近红外超连续光谱激光脉冲。
[0007]优选的，所述第一个色散管理元件与第二个色散管理元件为光栅、啁啾镜、声光可编程色散滤波器或固体透明介质的任一种，用于调节可见光超连续光谱激光脉冲和2微米激光脉冲的啁啾。
[0008]优选的，当产生的所述可见光超连续光谱激光脉冲能量较低时，需要在可见光超连续光谱产生元件后引入第一个非共线光参量放大系统对其进行放大。
[0009]优选的，2微米少周期超快激光脉冲产生步骤如下：
[0010]S1.从激光放大器中输出的激光脉冲经过第一个分光镜后分成两束，分别为光束I和光束II；
[0011]S2.其中光束I首先经过第三个分光镜将光束I再分成两束，分别为光束XI、光束XII；
[0012]S3.光束XI依次经过第一个1/2波片、第一个偏振分光棱镜、第二个1/2波片调节输入脉冲能量和偏振态，之后经过第一个聚焦透镜到可见光超连续光谱产生元件中，经过第一个滤波片获得可见光超连续脉冲，产生的可见光超连续脉冲经过第一个色散管理元件将脉冲宽度拉伸，拉伸后的脉冲经过第一个非共线光参量放大系统将脉冲能量提升；
[0013]S4.光束XII经过第三个1/2波片、第二个偏振分光棱镜、第四个1/2波片调节输入脉冲能量和偏振态，之后经过第二个聚焦透镜到倍频转换元件产生激光脉冲作为S3中第一个非共线光参量放大系统的泵浦光；
[0014]S5.光束II经过一个延迟系统后再经过第四个分光镜分成两束，分别为光束XXI和光束XXII；
[0015]S6.光束XXI经过第五个1/2波片、第三个偏振分光棱镜、第六个1/2波片调节输入脉冲能量和偏振态，之后经过第三个聚焦透镜到近红外超连续光谱产生元件中，经过第二个滤波片得到近红外超连续脉冲；
[0016]S7.产生的可见光超连续脉冲经过色镜与近红外超连续脉冲合成一束聚焦到激光差频晶体中，通过差频产生2微米少周期激光脉冲。
[0017]优选的，产生的2微米少周期激光脉冲经过一个可编程声光色散滤波器拉伸差频产生的脉冲并预补偿高阶色散，再经过一个脉冲延迟系统，之后再经过第二个非共线光参量放大系统将脉冲能量提高，再经过第二个非共线光参量放大系统放大的脉冲能量。光束XXII作为第二个非共线光参量放大系统的泵浦光。
[0018]优选的，所述倍频转换元件为LBO晶体，第一个非共线光参量放大系统为BBO晶体，第二个非共线光参量放大系统为LiNbO3晶体。
[0019]有益效果
[0020]本专利技术不仅可以适用不同波段少周期激光脉冲的产生，而且可以实现与脉冲内差频方法相当的短脉冲，而且与基于钛蓝宝石激光器的方法相比，还降低了成本。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的原理结构图。
[0022]图2为实施列的装置示意图。
[0023]图3为经过激光成丝后形成的超连续脉冲的光谱，a为可见超连续脉冲光谱，b为红外超连续脉冲光谱。
[0024]图4中a为所述差频晶体在相位匹配角为10.7度时的相位失配图，b为DFG之后的2微米少周期激光脉冲光谱。
[0025]图5中a为2微米种子激光脉冲经过OPA之后的光谱，b为测量的自相关曲线，c为计算的自相关曲线。
[0026]图中，1
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激光放大器，201
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第一个分光镜，202
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二向色镜，203
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第三个分光镜，204
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第四个分光镜，3
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可见光超连续光谱产生元件，4
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第一个色散管理元件，5
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脉冲延时系统，52
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第二个脉冲延时系统，6
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近红外超连续光谱产生元件，7
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激光差频晶体，8
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第二个色散管理元件，901
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第一个平面镜，902
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第二个平面镜，903
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第三个平面镜，904
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第四个平面镜，10
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倍频转换元件，111
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第一个1/2波片，112
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第三个1/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种产生2微米少周期激光脉冲的系统，特征在于，包括激光放大器、可见光超连续光谱产生元件、脉冲延时系统和近红外超连续光谱产生元件，激光放大器发出的激光光束经过第一个分光镜后分为光束I和光束II，光束I经过可见光超连续光谱产生元件，产生可见光超连续光谱激光脉冲，光束II经过脉冲延时系统后由第一个平面镜进入近红外超连续光谱产生元件，获得近红外超连续光谱激光脉冲；可见光超连续光谱激光脉冲经过第一个色散管理元件、二向色镜后与近红外超连续光谱激光脉冲共同进入激光差频晶体，通过差频产生少周期激光脉冲，然后经第二个色散管理元件对2微米少周期激光脉冲进一步压缩，最终获得2微米少周期超快激光脉冲。2.根据权利要求1所述的一种产生2微米少周期激光脉冲的系统，特征在于，激光放大器要求激光脉冲在亚皮秒量级，脉冲能量大于数十毫焦，采用固体激光放大器或光纤激光放大器。3.根据权利要求1所述的一种产生2微米少周期激光脉冲的系统，特征在于，所述可见光超连续光谱产生元件和近红外超连续光谱激光脉冲产生元件为透明介质和高非线性光纤或空芯光纤时，利用发生在透明介质中的激光成丝过程和光纤的非线性光谱展宽过程获得可见光和近红外超连续光谱激光脉冲。4.根据权利要求1所述的一种产生2微米少周期激光脉冲的系统，特征在于，所述第一个色散管理元件与第二个色散管理元件为光栅、啁啾镜、声光可编程色散滤波器或固体透明介质的任一种，用于调节可见光超连续光谱激光脉冲和2微米激光脉冲的啁啾。5.根据权利要求1所述的一种产生2微米少周期激光脉冲的系统，特征在于，当产生的所述可见光超连续光谱激光脉冲能量较低时，需要在可见光超连续光谱产生元件后引入第一个非共线光参量放大系统对其进行放大。6.根据权利要求1所述的一种产生2微米少周期激光脉冲的系统，特征在于，2微米少周期超快激光脉冲产生步骤如下：S1.从激光放大器中输出的激光脉冲经...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯天利，赵元涛，李涛，商景诚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：