短脉冲激光系统和用于产生激光脉冲的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种光学系统，该系统包括：激光源(l)，产生由激光脉冲的时间序列组成的脉冲激光辐射；以及至少一个脉冲压缩设备(3)，位于所述波束路径中并且具有非线性介质(7)，其中，所述激光脉冲在通过所述介质(7)的传播期间经历非线性光谱展宽，并且啁啾被施加到所述激光脉冲。本发明专利技术的目的是提供一种光学系统，该光学系统使得能够产生具有改进的时间脉冲对比度或具有改进的脉冲质量的非线性压缩激光脉冲。根据本发明专利技术，通过脉冲压缩设备(3)将沿着波束路径变化并且至少部分补偿啁啾的群延迟色散施加到激光脉冲。迟色散施加到激光脉冲。迟色散施加到激光脉冲。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】短脉冲激光系统和用于产生激光脉冲的方法


[0001]本专利技术涉及一种光学系统，该光学系统具有激光源，该激光源产生由激光脉冲的时间序列组成的脉冲激光辐射；以及至少一个脉冲压缩设备，该至少一个脉冲压缩设备位于所述波束路径中并且具有非线性介质，其中，所述激光脉冲在通过所述介质的传播期间经历非线性光谱展宽，并且啁啾被施加到所述激光脉冲。
[0002]本专利技术还涉及一种用于产生激光脉冲的方法，其中产生由激光脉冲的时间序列组成的脉冲激光辐射，并且通过施加啁啾以非线性方式对所产生的激光脉冲进行光谱展宽。

技术介绍

[0003]用于产生皮秒和飞秒范围内的超短激光脉冲的激光系统多年来一直备受关注。
[0004]这种系统的各种应用需要比激光系统的增益介质所支持的更短的脉冲持续时间。此外，诸如饱和或增益变窄等光学放大器中的效应，可能导致激光辐射的光谱带宽的降低，这导致激光系统输出处的脉冲持续时间的不希望的增加。
[0005]缩短脉冲持续时间的一种已知方法是利用非线性效应相干地生成新的光谱分量。相应的非线性相互作用可以以脉冲压缩设备的形式在增益介质(非线性放大)中发生，或者在波束路径中光放大器下游的单独部件中发生。为了增加光谱带宽，最常被利用的激光辐射与介质的非线性相互作用是自相位调制(self
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phase modulation，SPM)。SPM所致光谱展宽能够在各种几何形状的介质中(例如在诸如光导纤维的光波导中)实现。
[0006]SPM为激光脉冲提供了额外的频率分量，因此激光辐射增加了带宽。为了能够使用新生成的频率分量来缩短脉冲持续时间，激光脉冲必须尽可能不受啁啾的影响，即不受激光辐射的不同频率分量的不同时间延迟的影响。因此，脉冲压缩设备通常包括非线性介质下游的色散元件，以尽可能补偿SPM产生的啁啾，从而在时间上压缩激光脉冲。其目的是实现尽可能接近所产生的光谱带宽的脉冲持续时间，即最小脉冲持续时间的带宽受限激光脉冲。色散元件实现的压缩因子可以受到诸如电离、可实现的非线性、损耗或非线性介质的有限光谱带宽等各种影响的限制。
[0007]一个已知的问题是非线性压缩激光脉冲的脉冲质量是不完美的，并且一定量的脉冲能量在二次脉冲或激光辐射的时间背景中。这是由于SPM所致光谱展宽的性质，其反映在光谱强度的显著调制中(见阿戈沃，G.P.，2007，非线性光纤光学，第4版，阿姆斯特丹，学术出版社)(Agrawal,G.P.,2007,Nonlinear Fiber Optics,4th edition,Amsterdam,Academic Press)。即使完美消除了啁啾，也会将一些脉冲能量留在定时主脉冲之外。众所周知，对于较大的时间压缩因子，时间脉冲对比度或脉冲质量通常会降低。脉冲质量的度量是落在脉冲的最大强度周围的特定时间窗口内的总脉冲能量的比例。
[0008]在这种背景下，本专利技术的目的是提供能够产生具有改善的时间脉冲对比度或具有改善的脉冲质量的非线性压缩激光脉冲的光学系统。

技术实现思路

[0009]本专利技术从一开始所示类型的光学系统开始实现了这一目的，因为通过脉冲压缩设备将沿波束路径变化并至少部分补偿啁啾的群延迟色散(group delay dispersion，GDD)施加到激光脉冲。
[0010]本专利技术还通过一种用于产生激光脉冲的方法实现了该目的，其中产生了由激光脉冲的时间序列组成的脉冲激光辐射，并且通过施加啁啾以非线性方式对所产生的激光脉冲进行光谱展宽，其中，沿波束路经可变的群延迟色散被施加在激光脉冲上，该群延迟色散影响啁啾的至少部分补偿。
[0011]本专利技术的基本思想是一种脉冲压缩设备，在该设备中，光谱展宽和啁啾的补偿分布在尽可能多的单个步上(在极限情况下为无穷小的步)，这对应于(准)绝热脉冲压缩。理想情况下，每一个步的压缩因子(即时间脉冲缩短因子)都保持尽可能小，这减少了激光脉冲的SPM展宽光谱中的光谱调制。优选地，针对每一个步的压缩因子应小于四，优选地小于三，更优选地小于二。这减少了二次脉冲中的能量含量，并有效地增加了峰值脉冲功率。在SPM所致光谱展宽的每一个步之后，通过施加群延迟色散(GDD)来相应地压缩激光脉冲。在最简单的情况下，非线性相互作用的强度在随后的步中保持不变。然而，由于脉冲持续时间的不断减少和由此产生的脉冲峰值功率的增加，光谱展宽增加，并因此每一个步施加的啁啾也发生变化。因此，群延迟色散必须随步变化，即沿着波束路径变化，以便尽可能补偿在每一个步中施加的啁啾。
[0012]在本专利技术的可能实施例中，群延迟色散沿波束路径连续地或分阶段地变化。事实上，非线性压缩可以是渐进的，由此非线性介质被划分成彼此分离的两个或更多个部分，激光辐射连续穿过这两个或更多个部分，其中，非线性介质的部分中的每一个部分在波束路径中跟随有与该部分相关联的色散光学元件，其中，所述光学元件关于所述群延迟色散而彼此不同。在这种设计中，非线性介质的部分与分配给它的色散元件交替。非线性介质的每一个部分及其相关的色散元件将被分配给非线性压缩的一个步。色散元件针对于群延迟色散进行设计，使得在相关的步中产生的啁啾得到很大程度的补偿，从而减少了非线性压缩期间的总体光谱调制。
[0013]SPM是一种强度依赖效应，这意味着在强度较高的(非线性介质与激光辐射的)相互作用区域，与强度较低的区域相比，发生更强的光谱展宽。因此，具有典型高斯波束分布的激光束在通过非线性介质(例如玻璃板)传播期间经历空间不均匀的光谱展宽。光谱展宽在波束轴附近比在远离波束轴的外围区域更明显。然而，许多应用要求激光脉冲的光谱带宽在波束分布上是均匀的。一种已知的脉冲激光辐射的空间均匀光谱展宽的方法(见Nenad Milosevic、Gabriel Tempea和Thomas Brabec，“光学脉冲压缩：块状介质与空心波导”，Opt.Lett.25,672
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67 4,2000)(Nenad Milosevic,Gabriel Tempea,and Thomas Brabec,“Optical pulse compression:bulk media versus hollow waveguides,”Opt.Lett.25,672
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67 4,2000)利用了这样一个事实，即光谱展宽在位于成像反射镜阵列中的介质中是空间均匀的，所述成像反射镜阵列是被设计为稳定的谐振器的多程池(multipass cell)。因此，根据本专利技术的光学系统中的非线性介质能够有利地位于激光辐射多次穿过的多程池中。多程池包括两个或更多个(部分聚焦)反射镜的布置，所述两个或更多个(部分聚焦)反射镜在每一个反射点处重定向耦合到多程池中的激光束，使得波束传播沿着多程池中的受
控传播路径被限制到预定体积，直到激光束在多次反射后离开多程池并因此通过多程池的体积为止。已知的多程池设计被称为例如怀特池(White cell)或赫里奥特池(Herriott cell)。使用多程池进行空间均匀的光谱展宽要求多程池的反射镜以这样的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学系统，所述光学系统具有产生由激光脉冲的时间序列组成的脉冲激光辐射的激光源(1)以及位于波束路径中并包括非线性介质(7)的至少一个脉冲压缩设备(3)，其中，所述激光脉冲在通过所述介质(7)的传播期间经历非线性光谱展宽，并且啁啾被施加到所述激光脉冲，其特征在于,通过所述脉冲压缩设备(3)将沿所述波束路径变化并且至少部分补偿所述啁啾的群延迟色散施加到所述激光脉冲。2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所施加的群延迟色散沿所述波束路径连续地或分阶段地变化。3.根据权利要求1或2所述的光学系统，其中，所述非线性介质(7)被划分为彼此分离的两个或更多个部分(4)，所述激光辐射连续穿过所述两个或更多个部分(4)，其中，所述非线性介质的所述部分(4)中的至少一些或每一个部分在所述波束路径中跟随有与该部分相关联的色散光学元件(5、5'、5”)，其中，所有所述光学元件(5、5'、5”)中的至少两个光学元件关于由此施加的所述群延迟色散而彼此不同。4.根据权利要求3所述的光学系统，其中，压缩因子，即针对每个所述部分(4)的激光脉冲的时间脉冲缩短因子小于四，优选地小于三，特别优选地小于二，每个所述部分(4)具有分别分配的色散光学元件(5、5'、5')。5.根据权利要求1或2所述的光学系统，其中，所述非线性介质位于所述激光辐射多次穿过的多程池(6)中。6.根据权利要求5所述的光学系统，其中，所述多程池(6)具有至少两个反射镜(8、8')，所述激光辐射在所述至少两个反射镜之间来回反射。7.根据权利要求6所述的光学系统，其中，所述反射镜(8、8')的形状和布置选择为使得所述多程池(6)形成稳定的光学谐振器。8.根据权利要求6或7所述的光学系统，其中，所述反射镜(8、8')是球面镜并且呈同心布置，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂诺，
申请(专利权)人：活性纤维系统有限公司，
类型：发明
国别省市：