CN101442176A - 一种用于紫外光学频率梳驱动源的产生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于紫外光学频率梳驱动源的产生方法，该方法包括激光同步控制、光学参量啁啾脉冲放大，将载波相位稳定的激光器所输出超短脉冲分成两束，一束用来作为光学参量啁啾脉冲放大的待放大的信号光，另外一束通过交叉相位调制或者增益选择放大用来产生同步泵浦信号，而后以皮秒、纳秒级的脉冲强激光作为光学参量啁啾脉冲放大泵浦源，在光学参量啁啾脉冲放大输出端利用光栅对压缩，获得超短超强激光输出，其优点在于无需复杂的电路系统，可以大大降低对环境尤其是温度和振动的要求，就可以获得应用范围更为广泛的相对高功率、高重复频率的更短波长的紫外光学频率梳。
Description
技术领域
本发明涉及超快激光技术方向，具体的讲是一种用于紫外光学频率梳驱动源的产生方法。
背景技术
基于激光的精密光谱学的发展极大地提高人类探索自然规律的能力，已被科学界公认为人类揭示物质的新的结构和新的现象、探索微观世界物理规律、以及认识原子分子结构最有力的工具。20世纪末，科学家通过对飞秒激光稳频技术的研究、超快激光的载波位相的精确控制突破了光场时域和频域研究领域的隔阂，实现了对光场时-频域同时精密控制和飞秒光学频率梳，进而可发展时域和频域同时具有超高分辨率的光谱探测，极大地提升基于超快激光的精密光谱学的技术手段和应用范畴。对光场在时域-频域同时实现精密控制的技术正在开始推进到紫外(UV)、极紫外(XUV)和软X射线超短波段。最近，T.W.Hansch小组等将光梳技术延伸到UV和XUV区域。
极紫外、软X射线、X射线波段等更高频率范畴的原子钟有望更大幅度的提升时间频率度量的精度。当前，紫外与极紫外光梳产生大都通过外腔增强飞秒脉冲驱动高次谐波产生，其进一步发展尚局限于难以获得高重复频率高峰值功率的极端超快且时频域精密控制的飞秒驱动脉冲，如常规飞秒振荡级输出单脉冲能量为纳焦耳量级，而紫外光梳产生实验一般采用毫焦耳甚至更大的脉冲驱动。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种用于紫外光学频率梳驱动源的产生方法。该方法提供一种高重复频率高峰值功率的极端超快且时频域精密控制的飞秒驱动脉冲，用来驱动产生紫外光梳频率梳。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种用于紫外光学频率梳驱动源的产生方法，其特征在于：该方法包括激光同步控制、光学参量啁啾脉冲放大，将载波相位稳定的激光器所输出超短脉冲分成两束，一束用来作为光学参量啁啾脉冲放大的待放大的信号光，另外一束通过交叉相位调制或者增益选择放大用来产生同步泵浦信号，而后以皮秒、纳秒级的脉冲强激光作为光学参量啁啾脉冲放大泵浦源，在光学参量啁啾脉冲放大输出端利用光栅对压缩，获得超短超强激光输出。
作为光学参量啁啾脉冲放大的待放大的信号光一定要为近周期量级的飞秒脉冲激光，在经过展宽、放大后，依然能压缩到一到两个光学周期。所述的同步泵浦信号，其产生是依靠掺镱光纤波分复用放大及增益调制式飞秒光梳相干叠加，将飞秒超短脉冲信号光展宽成皮秒、纳秒级啁啾脉冲，再在经过双包层光纤放大。所述的同步泵浦信号，其产生是依靠掺镱光纤波分复用放大及增益调制式飞秒光梳相干叠加，将飞秒超短脉冲信号光展宽成皮秒、纳秒级啁啾脉冲，再在经过双包层光纤放大。
本发明的优点在于与通常的紫外光梳产生方案不同的是，实验中无需复杂的电路系统，可以大大降低对环境尤其是温度和振动的要求，就可以获得应用范围更为广泛的相对高功率、高重复频率的更短波长的紫外光学频率梳。
附图概述
附图1本发明产生紫外光梳频率梳驱动源的原理框架图；
附图2本发明产生紫外光梳频率梳驱动源的钛宝石激光器与光纤激光器同步的结构示意图；
附图3本发明产生紫外光梳频率梳驱动源的双包层光纤放大部分的结构示意图；
附图4本发明产生紫外光梳频率梳驱动源的OPCPA部分的结构示意图。
具体技术方案
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-4所示，图中标号分别表示：掺镱增益光纤Yb-doped fiber、准直器collimator、四分之一波片λ/4w.p.、半波片λ/2w.p.、偏振分束片polarizing beamsplitter、隔离器isolator、波分复用器WDM coupler、激光二极管激光器diode laser、透镜lens、镀膜AR@800nm/HR@1064nm双色镜M、钛蓝宝石激光振荡器Ti:S、输入脉冲seed、掺镱双包层光纤YDCF、双色镜dichroic mirror、输出光束output、展宽器stretcher、压缩器compressor、平面高反镜M1、屋脊型爬高爬低架M2、光栅G、泵浦脉冲pump、BBO晶体BBO、非共线参量放大NOPA。
实施例：本实施例步骤如图1所示的原理图，具体步骤是：(1)根据要求，选用商售的载波相位稳定的钛蓝宝石激光振荡器，其输出光谱覆盖650nm到1100nm很宽的频段范围。(2)把CEP稳定的钛宝石激光器的输出激光进行分束，一部分作为同步放大的种子光，驱动一台采用非线性相位偏转及增益调制机制锁模的光纤激光器，该光纤激光器输出中心波长为1微米波段，通过外加脉冲与环路内光场间的交叉相位调制诱导偏振偏转，利用交叉相位调制及谐波锁模技术，使此光纤激光器的工作状态完全受到钛蓝宝石激光器的调制，并与钛蓝宝石激光器保持同步状态，输出脉冲宽度在几十飞秒到几纳秒可控制，如图2所示的原理图。具体实施步骤为：把CEP稳定的钛宝石激光器的输出激光进行分束，一部分作为同步放大的种子光，驱动一台采用非线性相位偏转及增益调制机制锁模的光纤激光器，输出光谱为1000-1080nm。从Ti:S激光器输出的激光脉冲采用镀膜AR@800nm/HR@1064nm双色镜选出波长在1064nm附近的输出光，通过显微物镜耦合进入单模光纤中。受控激光器为掺镱锁模环形光纤激光器，泵浦光采用980/1064nm的波分复用器将980nm半导体激光二极管器输出的泵浦激光注入环形腔，光纤环形腔中采用的增益介质为掺镱单模光纤，环形激光器的锁模机制为光在光纤中传输的非线性偏振旋转和光克尔效应，腔内激光的偏振旋转分别在光纤和空间两部分中完成：在光纤中，光偏振为非线性旋转和光克尔效应；在空间里，光的偏振受二分之一和四分之一波片(@1064)的控制。依靠两个准直器进行激光在光纤和空间的转换。激光的输出由偏振分束器完成，并采用隔离器控制激光的单向传输。交叉相位调制引入的非线性偏振旋转导致了积累的最大增益与注入的种子光脉冲序列的同步，产生了1微米波段光纤激光器与钛宝石激光器同步的谐波锁模。(3)采用掺镱单模光纤及双包层光纤放大技术对该光纤激光器的输出脉冲进行多级放大，可得到平均功率为百瓦以上的中心波长1微米波段脉冲激光，如图3所示的原理图。具体实施步骤为：通过空间透镜耦合，将种子光经一透镜聚焦，耦合入掺镱双包层光纤主放大系统进行放大。掺镱双包层光纤主放大系统主要由三部分组成：耦合系统、增益光纤、泵浦源。增益光纤采用掺镱双包层光纤。泵浦源为尾纤式半导体激光二极管器，中心波长为976nm。采用凸透镜将种子光耦合进光纤，达到较高的耦合效率；泵浦光的耦合采用两个非球面透镜，经过整形的抽运光光斑完全符合增益光纤内包层的参数需求。放大的激光由一片45°双色镜输出。(4)经过光学宽带倍频，获得与钛蓝宝石激光器同步的、重复频率为80MHz的、中心波长为523nm的、平均功率约为150W、脉冲宽度从几十fs到几纳秒可控的激光脉冲，作为OPCPA泵浦源的驱动光。(5)CEP稳定的钛蓝宝石激光器的输出的另一部分激光进入光学展宽器，采用光学光栅把飞秒激光脉冲展宽到皮秒量级，做为OPCPA的信号光，如图4中stretcher部分所示的原理图。具体步骤是：根据理论计算得出欲展宽倍数所对应的光栅之间的距离，确定光栅上的入射角，确定各光学元器件的大小和品质参数；将欲展宽的激光引入平台，从透镜返回的光线束经过第二块光栅G后将平行衍射而出，这时在平行光的出射方向上设置一个屋脊型爬高爬低架M2，将光束爬低后重新返回到光栅上进行二次展宽。(6)采用OPA技术，采用BBO晶体，产生中心波长在800nm，输出能量达到50W的高重复频率的皮秒激光脉冲。放大脉冲进入光学光栅压缩器，最终实现脉冲宽度为飞秒量级，中心波长为800nm，输出功率达到50W的高重复频率紫外光梳产生的驱动脉冲，如图4所示的原理图。
Claims (5)
1、一种用于紫外光学频率梳驱动源的产生方法，其特征在于：该方法包括激光同步控制、光学参量啁啾脉冲放大，将载波相位稳定的激光器所输出超短脉冲分成两束，一束用来作为光学参量啁啾脉冲放大的待放大的信号光，另外一束通过交叉相位调制或者增益选择放大用来产生同步泵浦信号，而后以皮秒、纳秒级的脉冲强激光作为光学参量啁啾脉冲放大泵浦源，在光学参量啁啾脉冲放大输出端利用光栅对压缩，获得超短超强激光输出。
2、根据权利要求1所述作为光学参量啁啾脉冲放大的待放大的信号光，其特征在于作为光学参量啁啾脉冲放大的待放大的信号光为近周期量级的飞秒脉冲激光，待放大的信号光采用光学光栅把飞秒激光脉冲展宽到皮秒量级，在经过展宽、放大后，依然可压缩到一到两个光学周期。
3、根据权利要求1所述的一种用于紫外光学频率梳驱动源的产生方法，其特征在于所述的同步泵浦信号，其产生是依靠掺镱光纤波分复用放大及增益调制式飞秒光梳相干叠加，将飞秒超短脉冲信号光展宽成皮秒、纳秒级啁啾脉冲，再经过双包层光纤放大。
4、根据权利要求3所述的一种紫外光学频率梳驱动源的产生方法，其特征是在于所述双包层光纤放大是指通过空间透镜耦合，将种子光经一透镜聚焦，耦合入掺镱双包层光纤主放大系统进行放大。
5、根据权利要求4所述的一种紫外光学频率梳驱动源的产生方法，其特征是在于所述掺镱双包层光纤主放大系统由耦合系统、增益光纤、泵浦源组成。
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