单一高次谐波紫外单色光源制造技术

一种单一高次谐波紫外单色光源，包括800nm强场偏振激光、光束整形器、光能量调控器、光相位调制器、汇聚透镜、长程相互作用气体盒、金属铝膜、真空腔体等组成。本发明专利技术能产生单一高次谐波。这种高单色高相干的紫外辐射可用于微纳结构的高精度加工和探测，以及高精度的全息相干成像等领域，应用广泛。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种单一高次谐波紫外单色光源，包括800nm强场偏振激光、光束整形器、光能量调控器、光相位调制器、汇聚透镜、长程相互作用气体盒、金属铝膜、真空腔体等组成。本专利技术能产生单一高次谐波。这种高单色高相干的紫外辐射可用于微纳结构的高精度加工和探测，以及高精度的全息相干成像等领域，应用广泛。【专利说明】单一高次谐波紫外单色光源
本专利技术涉及紫外单色光源，特别是一种单一高次谐波紫外单色光源。
技术介绍
目前，单色性和相干性最好的光源便是激光，一般由工作介质的受激辐射产生，或者再通过晶体倍频或差频来进行频率转换，使用这种方法产生的激光多为可见光波段和红外光波段，在紫外光波段很难采用上述方法产生。这是因为晶体的相位匹配无法得到满足以及工作介质的自身吸收造成的，然而，紫外单色光源在现代科技和生产中却有着极重要的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种单一高次谐波的紫外单色光源，以获得单色性好、相干度和对比度都高的紫外辐射。本专利技术的技术解决方案如下:一种单一高次谐波紫外单色光源，特点在于其构成包括SOOnm强场偏振激光，沿该800nm强场偏振激光的输出方向依次是同光轴的光束整形器、光能量调控器、汇聚透镜、光相位调制器、长程相互作用气体盒和金属铝膜，所述的光束整形器是一个带圆形毛边的通孔光阑，其通孔直径略小于激光光束的直径；所述的光能量调控器由半波片和检偏器组成，所述的半波片具有电控旋转机构，所述的光相位调制器由依次的倍频晶体、延时晶体与和频晶体组成，所述的延时晶体具有电控转动机构；所述的长程相互作用气体盒由PVC塑料圆筒和置于该塑料圆筒两端的密封活塞构成，两端的密封活塞具有由薄钢片密封的激光通道，两端的密封活塞和塑料圆筒之间构成气体盒腔体，该腔体经进气管经进气阀门与气瓶相通，气体盒长度由两端的密封活塞之间的距离来调节，气压由进气阀门控制；所述的光相位调制器、长程相互作用气体盒置于第二真空腔体内，所述的金属铝膜为第二真空腔体的输出窗口。高次谐波的产生通常以频率梳的模式辐射，并且在平台区具有相似的强度，这是因为高次谐波过程中的非微扰特性。本专利技术通过强场可见激光与惰性气体相互作用产生高次谐波，然后利用光束整形技术、相位匹配技术和气体传输效应将高次谐波从多个阶次中选择增强单一阶次的同时完全抑制其余阶次。本专利技术通过光束整形器对光束形状进行整形，通过光能量调控器对光束能量进行调控，通过光相位调制器对光束相位进行调制，通过汇聚透镜将光束聚焦到长程相互作用气体盒来产生某个单一高次谐波，然后通过金属铝膜将驱动激光场过滤，使其只透过高次谐波辐射，这样便得到了单色性好且相干度高的紫外辐射。本专利技术具有以下显著的特点:( I)通过光束整形器对光束形状进行整形，改善聚焦能力和光束质量，从而提高紫外单色光源的转换效率和单一高次谐波的对比度；(2)通过光能量调控器对光束能量进行调节，从而选择单一高次谐波的输出波长(输入激光的能量越大，则输出谐波的波长越短);(3)通过光相位调制器产生和调谐多色激光场，从而改善微观相位匹配条件(输出的单一高次谐波的对比度主要由微观相位匹配条件决定)；(4)通过进气管的气压调节，从而改善宏观相位匹配条件(输出的单一高次谐波的强度或转换效率主要由宏观相位匹配条件决定);(5)通过气体盒作用长度的优化，从而得到最佳的气体传输效应，该效应可以进一步增强单一高次谐波并充分抑制其余高次谐波，从而进一步提高对比度。上述五个特点共同决定了本专利技术输出的单一高次谐波紫外单色光源的优异性。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术的装置示意图。图2为本专利技术的光束整形器结构示意图。图3为本专利技术的光能量调控器结构示意图。图4为本专利技术的光相位调制器结构示意图。图5为本专利技术的长程相互作用气体盒结构示意图。图6为本专利技术的一个具体实施例的实验测试装置图。图7为本专利技术输出的尚未优化的多阶次高次谐波光谱图。图8为本专利技术输出的优化后的紫外单色光源的光谱图。【具体实施方式】下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。先请参阅图1，图1为本专利技术的装置示意图。由图可见，本专利技术单一高次谐波紫外单色光源，包括800nm强场偏振激光1，沿该800nm强场偏振激光I的输出方向依次是同光轴的光束整形器2、光能量调控器3、汇聚透镜4、光相位调制器5、长程相互作用气体盒6和金属铝膜7，所述的光束整形器2是一个带圆形毛边的通孔光阑，如图2所示，通孔直径略小于激光光束的直径，毛边结构能够减少光束衍射，提高光束聚焦能力，并改善光束质量，从而提高紫外单色光源的转换效率和单一高次谐波的对比度；所述的光能量调控器3如图3所示，所述的光能量调控器3由半波片11和检偏器12组成，所述的半波片11具有电控旋转机构，通过电控旋转机构使半波片11绕光轴旋转来改变激光偏振和检偏器12之间的夹角，从而调节驱动激光的能量大小，其大小决定了单一高次谐波的输出波长，驱动激光能量越大，输出波长越短；所述的光相位调制器5如图4所示，由倍频晶体13(可直接产生400nm激光场)、延时晶体14 (通过绕光轴旋转来调控800nm和400nm之间的相位延时)与和频晶体15 (可直接产生267nm激光场)组成,所述的延时晶体14具有电控转动机构；光相位可调范围O?2 π，其值决定了微观相位匹配条件，最佳相位延时为η，此时的相位匹配可选择增强某一阶次的高次谐波而同时抑制其余阶次的高次谐波，即极大地提高了单一高次谐波的对比度；所述的长程相互作用气体盒6由PVC塑料圆筒16和置于该塑料圆筒16两端的密封活塞17构成，两端的密封活塞17具有由薄钢片18密封的激光通道，两端的密封活塞17和塑料圆筒16之间构成气体盒腔体，该腔体经进气管19和进气阀门21与气瓶20相通，气压由进气阀门21控制；所述的光相位调制器5、长程相互作用气体盒6置于第二真空腔体10内，所述的金属铝膜7为第二真空腔体10的输出窗口。激光可洞穿钢片18，与灌注腔内的惰性气体相互作用，其作用长度由两端的活塞距离决定，作用长度决定了气体的传输效应，可进一步优化单一高次谐波的对比度；气压可调范围O?Ibar,由气瓶的进气阀门控制，该值决定了宏观相位匹配条件，最佳值为0.2bar，此时被选择增强的单一高次谐波的输出强度最大；汇聚透镜4的作用是将光束聚焦到长程相互作用气体盒6上；真空腔体9和10的目的是维持腔内的高真空状态(压强低于IX 10_3帕)，避免腔内的紫外单色光源被大气吸收；金属铝膜7是用来过滤可见光波段的驱动激光场，只有高次谐波辐射形式的紫外光源8才能透过。上述单一高次谐波紫外单色光源的使用步骤如下:(I)按图1所示依次摆好光学元件，并调节好光路；(2)接上气瓶，打开进气阀门，向长程相互作用气体盒灌注惰性气体；(3)密闭真空腔，通过真空泵将腔内抽成真空并维持高真空状态，当压强低于1X10_3帕时，便可开始工作；(4)调节光束形状、光束能量、光束相位以及气体盒的气压，从而优化紫外单色光源的输出；(5)使用结束后，挡住驱动激光，关闭所有设备的电源；(6)真空腔平时也需要保持密封，维持真空。图6为本专利技术的一个具体实施例的实验测试装置图。I是800nm强场飞秒激光系统(美国相干公司的钛宝石飞秒激光器，8mJ/45f本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单一高次谐波紫外单色光源，特征在于其构成是：包括800nm强场偏振激光（1），沿该800nm强场偏振激光（1）的输出方向依次是同光轴的光束整形器（2）、光能量调控器（3）、汇聚透镜（4）、光相位调制器（5）、长程相互作用气体盒（6）和金属铝膜（7），所述的光束整形器（2）是一个带圆形毛边的通孔光阑，其通孔直径略小于激光光束的直径；所述的光能量调控器（3）由半波片（11）和检偏器（12）组成，所述的半波片（11）具有电控旋转机构，所述的光相位调制器（5）由依次的倍频晶体（13）、延时晶体（14）与和频晶体（15）组成，所述的延时晶体（14）具有电控转动机构；所述的长程相互作用气体盒（6）由PVC塑料圆筒（16）和置于该塑料圆筒（16）两端的密封活塞（17）构成，两端的密封活塞（17）具有由薄钢片（18）密封的激光通道，两端的密封活塞（17）和塑料圆筒（16）之间构成气体盒腔体，该腔体经进气管（19）和进气阀门（21）与气瓶（20）相通，气体盒长度由两端的密封活塞（17）之间的距离来调节，气压由进气阀门（21）控制；所述的光相位调制器（5）、长程相互作用气体盒（6）置于第二真空腔体（10）内，所述的金属铝膜（7）为第二真空腔体（10）的输出窗口。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尉鹏飞，曾志男，苗境，姜甲明，葛晓春，李闯，李儒新，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：