CN103278995B - 一种全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件 - Google Patents
一种全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103278995B CN103278995B CN201310126770.6A CN201310126770A CN103278995B CN 103278995 B CN103278995 B CN 103278995B CN 201310126770 A CN201310126770 A CN 201310126770A CN 103278995 B CN103278995 B CN 103278995B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- liquid crystal
- band
- helical
- adjustable
- liquid crystalline
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000010354 integration Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 36
- 210000002858 crystal cell Anatomy 0.000 claims abstract description 16
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 claims abstract description 4
- UWCWUCKPEYNDNV-LBPRGKRZSA-N 2,6-dimethyl-n-[[(2s)-pyrrolidin-2-yl]methyl]aniline Chemical compound CC1=CC=CC(C)=C1NC[C@H]1NCCC1 UWCWUCKPEYNDNV-LBPRGKRZSA-N 0.000 claims description 9
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 16
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Lasers (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
本发明公开一种全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件，包括液晶盒，位于液晶盒入光方向一边的1/4波片及位于液晶盒出光方向一边的线偏振转换器，所述液晶盒包括由互相平行的两片玻璃或石英组成的盒子及排列于盒子内的螺旋液晶，螺旋液晶的旋转轴与盒子相互垂直，与盒子相互接触的液晶具有平行取向；所述1/4波片是中心波长位于螺旋液晶形成的带隙的其中之一边缘，且带宽足以覆盖此带边的波长范围；所述线偏振光转换器是具有将圆偏振光转换为线偏振光能力的光学元件。本发明提出一种小巧并行之有效且无损失的脉冲压缩技术，实现其在光网络中器件化，并提升其和脉冲激光集成度，提高各种基于脉冲激光器件的工作性能。
Description
技术领域
本发明涉及螺旋液晶的特定排列的获得以及超短激光脉冲的压缩等技术领域，具体而言是一种全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件。
背景技术
液晶（Liquid Crystals, LCs）在自然界里被发明之后，由于其天然的自组织等特性引起了世界的广泛关注。尤其是伴随着化学合成等工业技术的发展，液晶的制备和其在显示，传感等领域也急速发展，目前显示市场基本上为基于液晶的器件所占领。另外，液晶是天然的周期结构，且其周期与光波长可比拟，并且可以借助外场如温度和电磁场等对其结构进行调制，是天然的光学器件的平台。近年来，随着非线性领域的研究越趋火热，大的调制深度，高非线性响应等特性也同样在液晶中被发现，这无疑为解决光纤中折射率调制低开启了一扇希望之门，基于此，带隙边缘的激光特性，场增强效应均在螺旋液晶中得以实现。所以，利用液晶进行非线性的研究非常具有必要性。
另一方面，脉冲压缩是产生高能量脉冲的一项重要技术，一般可以分为外部辅助和自压缩两种。外部辅助如光栅对，棱镜对单模光纤等虽然可以产生较短的飞秒脉冲，但由于所涉及部件较多，需要非常精确的调节，另外，由于体积较大，各部件对环境非常敏感，故非常难于实现集成。自压缩是利用材料本身的非线性响应，产生自相位调制，同步补偿因结构产生的色散导致的各频率的速度不一，而由于色散作用，产生的频率越来越多，即频谱变宽。由于整个过程没有产生频率的啁啾，故测不准原理适用，所以，最后可以实现脉冲的压缩。但是一般而言，固体和气体材料的非线性折射率系数比较小（~10-16cm2/W量级或者更小）故要产生明显的非线性效应就需要更大的光强（1013 -1015W /cm2），而这无疑对被压缩脉冲本身的能量密度提出了更高的要求。
螺旋液晶是一种天然的周期性排列结构，其折射率在垂直于旋转轴（z轴）上具有明显的周期调制，而且经测定其非线性折射率系数高达10-12cm2/W量级以上，这为实现脉冲的自压缩提供了非常好的载体。
基于以上背景，本发明提出了一种波长在全波段可调且可集成的飞秒脉冲压缩技术，为高能量密度脉冲的获得提出一种解决途径。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了实现飞秒脉冲压缩技术中仪器的繁复，受环境影响大且不易实现集成的缺点和不足，提供一种结构简单、成本低廉、便于集成的全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件。
本发明通过以下技术方案予以实现的：一种全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件，其包括液晶盒，位于液晶盒入光方向一边的1/4波片及位于液晶盒出光方向一边的线偏振转换器，
所述液晶盒包括由互相平行的两片玻璃或石英组成的盒子及排列于盒子内的螺旋液晶，螺旋液晶的旋转轴与盒子相互垂直，与盒子相互接触的液晶具有平行取向；
所述1/4波片是中心波长位于螺旋液晶形成的带隙的其中之一边缘，且带宽足以覆盖此带边的波长范围；
所述线偏振光转换器是具有将圆偏振光转换为线偏振光能力的光学元件。
螺旋液晶是由纯液晶中掺入一定比例的手性剂获得。一定比例是指手性剂和螺旋液晶的重量比。对应特定的手性剂，不同的比例对应不同周期，一般而言，实现光波段的重量比为15-35%。
螺距是可以通过不同的手性剂和纯液晶的重量配比进行调节。螺距决定了结构的带隙结构，可以根据激光的波长对螺旋液晶的螺距进行调节。
玻璃或石英表面有一层聚合物薄层，聚合物薄层形成有一定方向的凹槽，凹槽的刻线与薄层直接接触的液晶分子长轴平行。
可容纳液晶的间隙不少于100个螺旋周期的长度，液晶的调制深度为0.15-0.35，液晶的非线性折射率系数在10-12cm2/W量级以上；可容纳液晶的间隙就是指组成的液晶盒子的两块玻璃（或者石英）的间隔。
选定激光的入射波长在螺旋液晶带隙的边缘。
1/4波片的中心波长位于光子带隙的其中一个边缘。
1/4波片的带宽能覆盖该螺旋液晶带隙的边缘，即从透射率最低到第一个最高所对应的波长范围。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明采用螺旋液晶，1/4波片以及线偏振光转换器等简单便于集成的元器件实现几乎没有能量损失的飞秒脉冲的压缩，并且根据需要调节所需要的波长，极大地简化了脉冲压缩的装置，同时也实现了在全波段可调的飞秒脉冲压缩。极大地提升了该结构和便携式脉冲激光器的对接和集成性能，有利于产生更高功率密度的超短激光脉冲，为通信，微加工，高能物理等研究和生产领域服务。
附图说明
图1为本发明的全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件的装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明公开了一种全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件，其包括液晶盒2，位于液晶盒2入光方向一边的1/4波片1及位于液晶盒2出光方向一边的线偏振转换器3，所述液晶盒2包括由互相平行的两片玻璃或石英组成的盒子及排列于盒子内的螺旋液晶，螺旋液晶的旋转轴与盒子相互垂直，与盒子相互接触的液晶具有平行取向；所述1/4波片1是中心波长位于螺旋液晶形成的带隙的其中之一边缘，所述边缘为长波缘边或短波边缘，且带宽足以覆盖此带边的波长范围； 所述线偏振光转换器3是具有将圆偏振光转换为线偏振光能力的光学元件。所述线偏振光转换器3为格林泰勒棱镜或检偏器等。所述线偏振光转换器3可以将圆偏振光转换成线偏振光输出，且在转换过程中，脉冲的宽度，强度等信息不会改变。
螺旋液晶是由纯液晶中掺入一定比例的手性剂获得，手性剂能使液晶分子发生扭曲。螺旋的周期又称螺距，即沿着螺旋轴的方向，两个取向一致的相邻液晶分子的两倍的距离是可以通过不同的手性剂和纯液晶的重量配比进行调节。螺距决定了结构的带隙结构，可以根据激光的波长对螺旋液晶的螺距进行调节。
玻璃或石英表面有一层聚合物薄层，聚合物薄层的厚度为10nm量级，聚合物薄层经砂纸打磨，形成有一定方向的凹槽，凹槽的刻线与薄层直接接触的液晶分子长轴平行。可容纳液晶的间隙不少于100个螺旋周期的长度，液晶的调制深度为0.15-0.35，液晶的非线性折射率系数在10-12cm2/W量级以上；
选定激光的入射波长在螺旋液晶带隙的边缘，增大入射光的强度，透射率有至少40%的改变，如从20%增加到60%。
1/4波片的中心波长位于光子带隙的其中一个边缘，在此中心波长的激光入射下，螺旋液晶的透射率至少有40%的变化；1/4波片的带宽能覆盖该带隙边缘，即从透射率最低到第一个最高所对应的波长范围。
所述中心波长在螺旋液晶的带隙边缘的线偏振初始脉冲激光在经过1/4波片后，转换成手性和螺旋液晶相同的圆偏振光。根据选择性定则，螺旋液晶只对手性相同的圆偏振光有作用。圆偏振光进入螺旋液晶，在光强达到一定程度（如1 GW/cm2）,脉冲会得到明显的压缩（100 fs-30 fs，一般都可以压缩到3倍以上），且整个过程中，能量的损失比较小（不足10%），故脉冲的峰值功率也可以达到3倍以上。
本发明利用螺旋液晶周期性排列形成布拉格结构，实现一种小巧便于集成并且作用波长可调的超短脉冲压缩器件。螺旋液晶作为天然的折射率周期调制结构，结合其有效非线性系数，在高光强下，可以实现自相位调制，补偿因结构色散导致的脉冲展宽，输出脉冲宽度更小的无啁啾的脉冲，压缩率可以达到3-5倍，并且整个过程中，总能量损失很小，所以峰值功率也得到很大的提升，为高能或者超高能量脉冲的实现提供一种行之有效的方案。另外，螺旋液晶的周期又称螺距在电场的作用下，可以实现从紫外到近红外波段可调，从而实现全波段可调的脉冲压缩。本发明的意义在于提出一种小巧并行之有效且无损失的脉冲压缩技术，实现其在光网络中的器件化，并大大提升其和脉冲激光的可集成度，提高各种基于脉冲激光的器件的工作性能。
Claims (7)
1.一种全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件，其特征在于，包括液晶盒，位于液晶盒入光方向一边的1/4波片及位于液晶盒出光方向一边的线偏振转换器，
所述液晶盒包括由互相平行的两片玻璃或石英组成的盒子及排列于盒子内的螺旋液晶，螺旋液晶的旋转轴与盒子相互垂直，与盒子相互接触的液晶具有平行取向；
所述1/4波片是中心波长位于螺旋液晶形成的带隙的其中之一边缘，且带宽足以覆盖此带边的波长范围；
所述线偏振光转换器是具有将圆偏振光转换为线偏振光能力的光学元件；
玻璃或石英表面有一层聚合物薄层，聚合物薄层形成有一定方向的凹槽，凹槽的刻线与薄层直接接触的液晶分子长轴平行。
2.根据权利要求1所述的全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件，其特征在于，螺旋液晶是由纯液晶中掺入一定比例的手性剂获得。
3.根据权利要求1所述的全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件，其特征在于，螺距能通过不同的手性剂和纯液晶的重量配比进行调节，螺距决定了结构的带隙结构，能根据激光的波长对螺旋液晶的螺距进行调节。
4.根据权利要求1所述的全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件，其特征在于，可容纳液晶的间隙不少于100个螺旋周期的长度，液晶的调制深度为0.15-0.35，液晶的非线性折射率系数在10-12cm2/W量级以上。
5.根据权利要求1所述的全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件，其特征在于，选定激光的入射波长在螺旋液晶带隙的边缘。
6.根据权利要求1所述的全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件，其特征在于，1/4波片的中心波长位于光子带隙的其中一个边缘。
7.根据权利要求1所述的全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件，其特征在于，1/4波片的带宽能覆盖该螺旋液晶带隙边缘。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310126770.6A CN103278995B (zh) | 2013-04-12 | 2013-04-12 | 一种全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310126770.6A CN103278995B (zh) | 2013-04-12 | 2013-04-12 | 一种全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103278995A CN103278995A (zh) | 2013-09-04 |
| CN103278995B true CN103278995B (zh) | 2015-10-21 |
Family
ID=49061563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310126770.6A Expired - Fee Related CN103278995B (zh) | 2013-04-12 | 2013-04-12 | 一种全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103278995B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105826807A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-08-03 | 中山大学 | 一种全波段可调的高度集成飞秒脉冲啁啾脉冲放大展宽/压缩器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0042521B1 (en) * | 1980-06-23 | 1983-10-05 | Hughes Aircraft Company | Method and apparatus for laser pulse compression |
| CN101038412A (zh) * | 2007-03-29 | 2007-09-19 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 超短脉冲激光滤波装置 |
-
2013
- 2013-04-12 CN CN201310126770.6A patent/CN103278995B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103278995A (zh) | 2013-09-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Huang et al. | Highly stable MXene (V2CTx)-based harmonic pulse generation | |
| Shang et al. | Nonlinear photoresponse of high damage threshold titanium disulfide nanocrystals for Q-switched pulse generation | |
| Liu et al. | Recent progress of pulsed fiber lasers based on transition-metal dichalcogenides and black phosphorus saturable absorbers | |
| Ma et al. | MXene saturable absorber enabled hybrid mode-locking technology: a new routine of advancing femtosecond fiber lasers performance | |
| Li et al. | Switching the nonlinear optical absorption of titanium carbide MXene by modulation of the surface terminations | |
| CN102608688A (zh) | 一种纳米金属掺杂的聚合物分散液晶材料电控高效全息光栅及其制备方法 | |
| Li et al. | VS2 as saturable absorber for Q-switched pulse generation | |
| Zhang et al. | Layered iron pyrite for ultrafast photonics application | |
| Kovalchuk et al. | Graphene capacitor-based electrical switching of mode-locking in all-fiberized femtosecond lasers | |
| Wang et al. | In2Se3 nanosheets for harmonic mode-locked fiber laser | |
| Liu et al. | Dual-band absorption characteristics of one-dimensional photonic crystal with graphene-based defect | |
| Wang et al. | Molybdenum Disulfide Film Saturable Absorber Based on Sol–Gel Glass and Spin-Coating Used in High-Power Q-Switched Nd: YAG Laser | |
| Chen et al. | Nonlinear optical and optical limiting properties of MAPbBr3/polymethyl methacrylate organic glasses | |
| Dong et al. | All-fiber multifunctional electrooptic prototype device with a graphene/PMMA (poly (methyl methacrylate)) hybrid film integrated on coreless side-polished fibers | |
| Dong et al. | Band structure tuning of g-C3N4 via sulfur doping for broadband near-infrared ultrafast photonic applications | |
| Mbarak et al. | Control of nonlinear refractive index of AuNPs doped with nematic liquid crystal under external electric field | |
| Ma et al. | Graphdiyne-decorated microfiber based soliton and noise-like pulse generation | |
| He et al. | H-shaped pulse generation with tunable leading edge from a Tm-doped mode-locked fiber laser | |
| Lu et al. | All-optical tuning of micro-resonator overlaid with MoTe 2 nanosheets | |
| Yuan et al. | Nonlinear absorption, refraction and optical limiting properties of CsPbBr3 perovskite quantum dot organic glass | |
| Wu et al. | Antimony sulfide nanosheets with size-dependent nonlinear optical properties for Q-switched pulse applications | |
| Muhammad et al. | Zinc-oxide/PDMS-clad tapered fiber saturable absorber for passively mode-locked erbium-doped fiber laser | |
| Zhang et al. | Fiber-based all-optical modulation based on two-dimensional materials | |
| Al-Hiti et al. | Femtosecond mode-locked 1.5 μm fiber laser based on PEDOT: PSS as saturable absorber | |
| Lim et al. | Highly stable Fabry-Pérot fiber-optic modulation device based on the photothermal effect of V2C MXene |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151021 Termination date: 20210412 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |