具有用于脉冲式激光辐射的光谱展宽的光学系统的激光系统和用于脉冲式激光辐射的光谱展宽的方法技术方案

一种激光系统(1)包括用于提供脉冲式激光辐射(9)的激光辐射源(7)，其中，脉冲式激光辐射包括脉冲能量在1mJ至100J范围内或在10mJ至1J范围内并且脉冲持续时间在10fs至5ps范围内或在500fs至1.5ps范围内的激光脉冲(11)。激光系统(1)还包括用于脉冲式激光辐射(9)的光谱展宽的光学系统(3)。光学系统(3)包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有用于脉冲式激光辐射的光谱展宽的光学系统的激光系统和用于脉冲式激光辐射的光谱展宽的方法


[0001]本专利技术涉及具有用于脉冲式激光辐射的光谱展宽的光学系统的激光系统，并且涉及用于发射具有高脉冲能量的脉冲式激光辐射的激光系统、尤其超短脉冲(ultrashort pulse，USP)激光系统。此外，本专利技术涉及一种用于脉冲式激光辐射、尤其超短脉冲序列的光谱展宽的方法。

技术介绍

[0002]DE 10 2014 007159 A1披露了一种用于非线性脉冲压缩的激光脉冲的光谱展宽的方法，该方法使用具有一系列非线性相互作用区段的布置，比如可以在例如以所谓的赫里奥特池(Herriott cell)的形式构造的多通池中提供的相互作用区段。在此，目标是激光脉冲的光谱展宽，即使在脉冲功率大于用于光谱展宽的非线性介质的临界功率的情况下，也可以进行该光谱展宽。
[0003]本专利技术的目的是提出可以在紧凑的结构中、甚至尤其在高脉冲能量和可选地高平均功率的情况下用于脉冲式激光辐射(例如超短脉冲序列)的光谱展宽的系统和方法。尤其，在此应利用填充气体中的非线性效应来影响具有高脉冲能量的激光脉冲在具有空间上尽可能小的布置中的光谱展宽。

技术实现思路

[0004]这些目的中的至少一个目的是通过根据权利要求1所述的激光系统和根据权利要求10所述的用于脉冲式激光辐射的光谱展宽的方法来实现的。从属权利要求中说明扩展方案。
[0005]在第一方面，激光系统包括用于提供脉冲式激光辐射的激光辐射源。脉冲式激光辐射包括脉冲能量在1mJ至100J的范围内、优选地在10mJ至1J的范围内并且脉冲持续时间在10fs至5ps的范围内、优选地在500fs至1.5ps的范围内的激光脉冲。此外，激光系统包括用于脉冲式激光辐射的光谱展宽的(至少一个)光学系统，该光学系统包括第一偏振调设光学器件和多通池，该第一偏振调设光学器件调设脉冲式激光辐射的圆偏振状态，该多通池具有至少两个镜。在构造多个中间聚焦区的情况下，以圆偏振状态存在的脉冲式激光辐射穿过多通池。多通池填充有具有光学非线性的填充气体，其中，填充气体实现脉冲式激光辐射在中间聚焦区中的光谱展宽。在多通池中，将填充气体的压强调设在压强范围内，在该压强范围内，存在填充气体的在多光子电离的范畴下的电离性能。此外，如此调设中间聚焦区的聚焦直径，使得脉冲式激光辐射在填充气体(在中间聚焦区中)不电离的情况下穿过多通池。
[0006]另一方面包括一种使用多通池的填充气体的非线性来对脉冲式激光辐射进行光谱展宽的方法，该多通池具有至少两个镜。多通池形成多个中间聚焦区。该方法包括以下步骤：
[0007]‑
产生脉冲式激光辐射，该脉冲式激光辐射包括脉冲能量在1mJ至100J的范围内、尤其在10mJ至1J的范围内并且脉冲持续时间在10fs至5ps的范围内、尤其在500fs至1.5ps的范围内的激光脉冲，
[0008]‑
调设脉冲式激光辐射的圆偏振状态以用于穿过多通池，
[0009]‑
将该脉冲式激光辐射耦合输入到多通池中，其中，该脉冲式激光辐射穿过多个中间聚焦区并且在中间聚焦区中与填充气体非线性地相互作用，从而实现脉冲式激光辐射在中间聚焦区中的光谱展宽，
[0010]‑
将该填充气体的压强调设在压强范围内，在该压强范围内，存在填充气体在多光子电离的范畴中的电离性能，
[0011]‑
如此调设这些中间聚焦区中的聚焦直径，使得脉冲式激光辐射在填充气体不电离的情况下穿过多通池，以及
[0012]‑
将光谱展宽的脉冲式激光辐射耦合输出出该多通池。
[0013]如果调设对于在多光子电离的范畴中的填充气体的电离性能的压强，则存在纯多光子电离，其中雪崩电离基本上不对气体的电离有贡献。调设聚焦几何形状使得在没有电离的情况下穿过中间聚焦区在这种情况下意味着，可能发生的电离仅在不干扰期望的光谱展宽的可执行性的范围内发生。
[0014]作为用于调设针对在多光子电离的范畴中的电离性能的、多通池的参数的条件，将压强调设在一定范围内，在该范围内，填充气体开始电离的激光脉冲的峰值强度(在此也被称为多光子电离(阈值)强度)与填充气体的压强基本上无关，或者随着填充气体压强的升高而不显著降低。(在此，不显著涉及一个量级的压强增加的范围，如力求非线性增加所需的范围。)
[0015]在一些实施方式中，多通池填充有氦气作为填充气体，该填充气体具有在100Pa至60000Pa的范围内、尤其在1000Pa至50000Pa的范围内的压强。在其他实施方式中，多通池填充有氩气作为填充气体，该填充气体具有在100Pa至50000Pa的范围内、尤其在1000Pa至40000Pa的范围内的压强。
[0016]在一些实施方式中，如此调设这些中间聚焦区的聚焦直径，使得在这些中间聚焦区中的激光脉冲的脉冲持续时间和脉冲能量的情况下得出的峰值强度处于多光子电离(阈值)强度的50％至110％的范围内。
[0017]在一些实施方式中，第一偏振调设光学器件可以包括第一波片，例如λ/4波片和/或λ/2波片。
[0018]在一些实施方式中，光学系统还可以包括以下光学部件中的至少一个光学部件：
[0019]‑
脉冲持续时间调设系统，该脉冲持续时间调设系统用于调设脉冲式激光辐射的激光脉冲的脉冲持续时间，
[0020]‑
第一光学望远镜布置，该第一光学望远镜布置设置用于以预给定的模式将该脉冲式激光辐射映射(abbilden)到该多通池中，并且，该第一光学望远镜布置可选地相对于该第一偏振调设光学器件沿射束在后地布置，
[0021]‑
耦合输入镜，该耦合输入镜用于将该脉冲式激光辐射耦合到该多通池中，
[0022]‑
耦合输出镜，该耦合输出镜用于进一步引导从该多通池发出的脉冲式激光辐射，以及
[0023]‑
第二光学望远镜布置，该第二光学望远镜布置设置用于使从该多通池发出的脉冲式激光辐射准直。
[0024]在一些实施方式中，多通池可以构造为
[0025]‑
具有预确定或可调设数量的中间聚焦区，和/或
[0026]‑
具有中间聚焦区，这些中间聚焦区基本上具有相同的直径和相同的瑞利长度，和/或
[0027]‑
具有中间聚焦区，这些中间聚焦区彼此上下(aufeinander)、彼此相邻布置(nebeneinander)、可选地彼此部分重叠地布置，
[0028]‑
在至少两个镜的曲率半径尤其相同的谐振器结构中，可选地在共焦或同心布置中，和/或
[0029]‑
在至少两个镜的曲率半径尤其相同的类谐振器结构中，可选地在几乎共焦或几乎同心布置中，和/或
[0030]‑
在至少两个镜包括多个镜段的布置中，其中，在每两个镜段之间构造中间聚焦区，并且所述中间聚焦区被相继穿过，
[0031]‑
作为填充有比如氦气或氩气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种激光系统(1)，包括：
‑
激光辐射源(7)，所述激光辐射源用于提供脉冲式激光辐射(9)，其中，所述脉冲式激光辐射包括脉冲能量在1mJ至100J范围内或在10mJ至1J范围内并且脉冲持续时间在10fs至5ps范围内或在500fs至1.5ps范围内的激光脉冲(11)，以及
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光学系统(3)，所述光学系统用于所述脉冲式激光辐射(9)的光谱展宽，所述光学系统包括：
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第一偏振调设光学器件(19)，所述第一偏振调设光学器件调设脉冲式激光辐射(9)的圆偏振状态(17B)，以及
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多通池(5)，所述多通池具有至少两个镜(25A，25B)，在构造多个中间聚焦区(29)的情况下，所述脉冲式激光辐射(9)穿过所述多通池，其中，所述多通池(5)填充有具有光学非线性的填充气体(5A)，其中，所述填充气体(5A)实现所述脉冲式激光辐射(9)在所述中间聚焦区(29)中的光谱展宽，其中，将所述填充气体(5A)的压强调设在以下压强范围内：在所述压强范围内，存在所述填充气体(5A)在多光子电离的范畴中的电离性能，并且如此调设所述中间聚焦区(29)的聚焦直径(d)，使得所述脉冲式激光辐射(9)在所述填充气体(5)不电离的情况下穿过所述多通池(5)。2.根据权利要求1所述的激光系统(1)，其中，所述多通池(5)填充有氦气作为填充气体，所述填充气体的压强在100Pa至60000Pa的范围内、尤其在1000Pa至50000Pa的范围内。3.根据权利要求1所述的激光系统(1)，其中，所述多通池(5)填充有氩气作为填充气体，所述填充气体的压强在100Pa至50000Pa的范围内、尤其在1000Pa至40000Pa的范围内。4.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其中，如此调设所述中间聚焦区(29)的聚焦直径(d)，使得在所述中间聚焦区(29)中的所述激光脉冲(11)的所述脉冲持续时间和所述脉冲能量的情况下得出的峰值强度处于多光子电离强度的50％至110％的范围内。5.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其中，所述第一偏振调设光学器件(19)包括第一波片(19A)，可选地λ/4波片(19A)和/或λ/2波片(19B)。6.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其中，所述光学系统(3)还包括以下光学部件中的至少一个光学部件：
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脉冲持续时间调设系统(15)，所述脉冲持续时间调设系统用于调设所述脉冲式激光辐射(9)的激光脉冲(11)的脉冲持续时间(Δt)，
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第一光学望远镜布置(21)，所述第一光学望远镜布置设置用于以预给定的模式将所述脉冲式激光辐射(9)映射到所述多通池(5)中，并且所述第一光学望远镜布置可选地相对于所述第一偏振调设光学器件(19)沿射束在后地布置，
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耦合输入镜(23)，所述耦合输入镜用于将所述脉冲式激光辐射(9)耦合到所述多通池(5)中，
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耦合输出镜(37)，所述耦合输出镜用于进一步引导从所述多通池(5)发出的脉冲式激
光辐射(9)，以及
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第二光学望远镜布置(39)，所述第二光学望远镜布置设置用于准直从所述多通池(5)发出的所述脉冲式激光辐射(9)。7.根据前述权利要求中任一项所述的激光系统(1)，其中，所述多通池(5)构造为
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具有预确定数量或可调设数量的中间聚焦区(29)，和/或
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具有以下中间聚焦区(29)：所述中间聚焦区基本上具有相同的直径(d)和相同的瑞利长度(Lr)，和/或
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具有以下中间聚焦区(29)：所述中间聚焦区彼此上下、彼此相邻布置、可选地彼此部分地重叠地布置，
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在具有所述至少两个镜(25A，25B)的尤其相同的曲率半径的谐振器结构中，可选地在共焦或同心布置中，和/或
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在具有所述至少两个镜(25A，25B)的尤其相同的曲率半径的类谐振器结构中，可选地在几乎共焦或几乎同心布置中，和/或
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在所述至少两个镜(25A，25B)包括多个镜段的布置中，其中，在每两个镜段之间构造一个中间聚焦区(29)，并且所述中间聚焦区(29)被相继穿过，
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作为填充有如氦气或氩气的稀有气体作为填充气体的池，其中，在所述中间聚焦区(29)中的每个中间聚焦区中存在相同的压强，和/或
‑
用...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：通快科研激光两合公司，
类型：发明
国别省市：