CN103560388A - 一种产生高次谐波超连续谱的装置和方法 - Google Patents
一种产生高次谐波超连续谱的装置和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103560388A CN103560388A CN201310540996.0A CN201310540996A CN103560388A CN 103560388 A CN103560388 A CN 103560388A CN 201310540996 A CN201310540996 A CN 201310540996A CN 103560388 A CN103560388 A CN 103560388A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- order harmonic
- high order
- harmonic component
- extreme ultraviolet
- 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.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Lasers (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
本发明提供了一种产生高次谐波超连续谱的装置，包括飞秒激光器、光参量放大器、汇聚透镜、真空腔体、入射窗口、气体盒、极紫外光谱仪和极紫外摄像头，所述的光参量放大器用于将所述飞秒激光转换成波长为1.6～2.2μm的可调谐的红外激光；飞秒激光器发射的激光束，经光参量放大器转换为波长可调谐的红外激光，所述红外激光经过汇聚透镜聚焦，之后透过入射窗口后与置于真空腔体内的气体盒内的惰性气体进行相互作用，产生高次谐波超连续谱。本发明利用具有双峰光谱结构的单路激光，无需周期量级，即可驱动惰性气体产生高次谐波超连续谱，并通过驱动激光啁啾量的调谐来优化高次谐波超连续谱的输出。本发明还同时提供了一种产生高次谐波超连续谱的方法。
Description
技术领域
本发明涉及极紫外-软X射线超连续谱的产生，特别是基于激光与气体相互作用而产生的高次谐波超连续谱，具体涉及一种产生高次谐波超连续谱的装置和方法。
背景技术
高次谐波超连续谱主要用于超短阿秒脉冲的产生，以及材料的极紫外-软X射线的探测。目前，产生高次谐波超连续谱的方法主要有两类，一类是利用周期量级的超短飞秒激光脉冲与气体相互作用产生，所涉及的周期量级的超短飞秒激光脉冲仅有数个飞秒（只包含一两个光周期），这种超短脉冲极难产生且性能不稳；另一类是利用双色激光场或双脉冲时间门来实现高次谐波超连续谱的产生，这种方法涉及双路或多路激光的光场叠加和延时调谐，无论是方案还是操作都比较复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种产生高次谐波超连续谱的装置，该产生高次谐波超连续谱的装置无需周期量级的单路激光便可驱动惰性气体产生高次谐波超连续谱；本发明还同时提供了一种产生高次谐波超连续谱的方法。
本发明的技术解决方案如下：
一种产生高次谐波超连续谱的装置，包括飞秒激光器、光参量放大器、汇聚透镜、真空腔体、入射窗口、气体盒、极紫外光谱仪和极紫外摄像头，所述入射窗口设置于真空腔体的入口，所述气体盒、极紫外光谱仪和极紫外摄像头均设置于真空腔体内，所述气体盒内有惰性气体；
所述的飞秒激光器用于产生波长为800nm，脉宽为飞秒级的飞秒激光；所述的光参量放大器用于将所述飞秒激光转换成波长为1.6～2.2μm的可调谐的具备宽带双峰结构的红外激光；
飞秒激光器发射的激光束，经光参量放大器转换为波长可调谐的红外激光，所述红外激光经过汇聚透镜聚焦，之后透过入射窗口后与置于真空腔体内的气体盒内的惰性气体进行相互作用，产生高次谐波超连续谱；
所述极紫外光谱仪用于解析和分辨高次谐波超连续谱；所述极紫外摄像头用于拍摄和显示高次谐波超连续谱。
本发明的进一步设置在于，所述气体盒由薄壁钢管构成，所述薄壁钢管一端密封，另一端接进气装置；经所述汇聚透镜聚焦后的聚焦激光可击穿所述薄壁钢管，与薄壁钢管内的惰性气体进行相互作用。
本发明还同时提供了一种产生高次谐波超连续谱的方法，包括如下步骤：
（1）通过飞秒激光器产生波长为800nm，脉宽为飞秒级的飞秒激光；
（2）将所述飞秒激光输入到光参量放大器，通过光参量放大器内的功能晶体的失谐调节来优化光参量放大器输出的红外激光的光谱，使其具备宽带双峰结构；
（3）引导所述具备宽带双峰结构的红外激光进入真空腔体，并与惰性气体相互作用，产生高次谐波光谱；
（4）开启极紫外摄像头，采集步骤（3）产生的高次谐波光谱图像；
（5）根据步骤（4）采集到的高次谐波光谱图像，通过飞秒激光器内的延时光栅的位置调节来优化红外激光的啁啾量，直至输出所需的高次谐波超连续谱。
本发明另辟蹊径，利用具有双峰光谱结构的单路激光（其效果相当于双色场叠加，但无需光路叠加），无需周期量级，即可驱动惰性气体产生高次谐波超连续谱，并通过驱动激光啁啾量的调谐来优化高次谐波超连续谱的输出。具体实现时，红外激光的宽带双峰光谱结构是通过光参量放大器内的功能晶体的失谐调节来实现，红外激光的啁啾量优化是通过飞秒激光器内的延时光栅的位置调节来实现。与现有技术相比，本发明所述的装置和方法都更加简单。这种高次谐波超连续谱辐射可用于超短阿秒脉冲的产生，以及材料的极紫外波段动力学研究等领域，应用广泛。
附图说明
图1为本发明的装置示意图；
图2为本发明的波长转换示意图；
图3为本发明的调控原理示意图；
图4为本发明的实验测试结果图；
图5为本发明的理论模拟结果图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供了一种产生高次谐波超连续谱的装置，包括飞秒激光器1、光参量放大器2、汇聚透镜3、真空腔体4、入射窗口5、气体盒6、极紫外光谱仪7和极紫外摄像头8；所述入射窗口5设置于真空腔体4的入口，所述气体盒6、极紫外光谱仪7和极紫外摄像头8均设置于真空腔体4内，所述气体盒6内有惰性气体。
所述飞秒激光器1用于产生波长800nm、脉宽几十飞秒的超短激光脉冲；所述光参量放大器2（英文名：Optical Parametric Amplifier，缩写：OPA）通过光参量产生放大原理将800nm飞秒激光转换成1.6～2.2μm可调谐的具备宽带双峰结构（光谱越宽越好，并出现两个光谱峰）的红外激光，该红外激光经过汇聚透镜3和透过入射窗口5后与置于真空腔体4的气体盒6内的惰性气体进行相互作用，从而产生高次谐波超连续谱；所述的气体盒6由薄壁钢管构成（钢管一端密封，另一端接进气装置，聚焦激光可击穿薄壁钢壁与薄壁钢管钢管内的惰性气体进行相互作用）；所述的极紫外光谱仪7用于解析和分辨高次谐波超连续谱；所述的极紫外摄像头8用于拍摄和显示高次谐波超连续谱。
气体盒6输出的高次谐波谱在空间上并没有按照光谱成分展开，经过极紫外光谱仪7后，光谱成分在空间上被分辨出来了，极紫外摄像头8才能拍摄到不同成分的光谱在空间上的展开。就好比太阳光是白色的，只有经过色散棱镜，才能将白光里面的七彩色在空间上分辨出来，这就是光谱仪的功能。极紫外光谱仪7在实验过程中不需要调节，是固化的，只要将光路导入即可，输出即为按光谱成分在空间上展开的空间谱，然后用极紫外摄像头8拍摄显示。
采用上述装置产生高次谐波超连续谱的方法，包括如下步骤：
（1）通过飞秒激光器1产生波长为800nm，脉宽为飞秒级的飞秒激光；
（2）将所述飞秒激光输入到光参量放大器2，通过光参量放大器2内的功能晶体的失谐调节来优化光参量放大器输出的红外激光的光谱，使其具备宽带双峰结构；
（3）引导所述具备宽带双峰结构的红外激光进入真空腔体4，并与惰性气体相互作用，产生高次谐波光谱；
（4）开启极紫外摄像头8，采集步骤（3）产生的高次谐波光谱图像；
（5）根据步骤（4）采集到的高次谐波光谱图像，通过飞秒激光器1内的延时光栅的位置调节来优化红外激光的啁啾量，直至输出所需的高次谐波超连续谱。
图2为本发明的波长转换示意图，首先由飞秒激光器1产生800nm飞秒激光，其时间啁啾量可通过飞秒激光器1内的延时光栅的位置调节来优化；然后，这个800nm飞秒激光通过光参量放大器2转换成所需的1.6～2.2μm可调谐的红外激光，其宽带双峰光谱结构可通过光参量放大器内的功能晶体的失谐调节来实现；最后，该红外激光与气体盒6内的惰性气体进行相互作用来产生高次谐波辐射，该辐射的分裂-连续特性可通过上述的延时光栅的位置调节和功能晶体的失谐调节来优化。
图3为本发明的调控原理示意图，飞秒激光器1内的延时光栅的位置调节，可以改变其输出的800nm飞秒激光的时间啁啾属性，该属性的改变又会影响到可调谐红外激光的双峰之间的时间相位延时，而该时间相位延时的变化又会影响到高次谐波输出的分裂-连续特性。
作为本发明的一个具体实施例，飞秒激光器1选用了美国相干公司的钛宝石飞秒激光器，其输出参数为8mJ/45fs/1Kz；光参量放大器2选用了自制的光参量放大器（英文名：Optical ParametricAmplifier，缩写：OPA，可参看2009年发表的文献Optics Letters,Vol.34,No.18）；汇聚透镜3选用了焦距为500mm的平凸透镜；真空腔体4通过机械泵+分子泵维持低于1×10-3Pa的真空度，以避免高次谐波辐射被大气吸收；入射窗口5选用了2mm厚的经过抛光处理的石英玻璃材料；作为气体盒6的薄壁钢管内径为3mm，内部充有惰性气体Ar；极紫外光谱仪7为自制的反射式光栅光谱仪（可参看1994年发表的文献J.Optics(Paris),Vol.25,No.4），用于衍射和分辨高次谐波；极紫外摄像头8为紫外-X射线CCD（型号Princeton Instruments,SX400），可通过电脑读取和显示CCD光谱图像。
具体实验操作步骤如下：
（1）如图1所示，安装和调试好实验装置。
（2）密闭真空腔体4后，启动机械泵+分子泵，使真空腔体4内维持实验所需的真空度。
（3）开启激光系统，通过光参量放大器2内的功能晶体的失谐调节来优化红外激光的光谱，使其具备宽带双峰结构（光谱越宽越好，并出现两个光谱峰），然后引导该激光进入真空腔体4，并与惰性气体相互作用。
（4）开启极紫外摄像头8，采集高次谐波光谱数据。
（5）观察采集到的高次谐波光谱图像，通过飞秒激光器1内的延时光栅的位置调节来实现红外激光的啁啾量优化，直至输出所需的高次谐波超连续谱。
（6）实验操作结束后，关闭激光系统，密闭真空腔体，关闭其余所有设备。
实验测试结果如图4所示，左列为与惰性气体相互作用的红外激光，右列为最终输出的高次谐波光谱图，从图中可以看到，输入的红外激光具有双峰结构。图（a）为输入的1.70μm+1.74μm双峰结构，图（b）是对应输出的高次谐波光谱结果，可以看出，通过优化输入激光的啁啾（chirp），可以实现高次谐波光谱的输出从分裂谱到连续谱的转化；同理，图（c）为输入的1.60μm+1.80μm双峰结构，图（b）是对应输出的高次谐波光谱结果，也可以通过优化输入激光的啁啾，从而实现输出高次谐波光谱从分裂谱到连续谱的转化。从图中还可以看出，输入光谱的双峰间隔越大，输出的分裂谱到连续谱的转化效果越好。图5为对应图4的理论模拟结果，采用高次谐波强场近似模型，很好地重复了实验结果，说明了具有宽带双峰光谱结构的驱动激光可以产生高次谐波超连续谱。理论和实验都证实了本发明提供的是一种无需周期量级的单路激光便可驱动惰性气体产生高次谐波超连续谱的方案。
Claims (3)
1.一种产生高次谐波超连续谱的装置，其特征在于，包括飞秒激光器（1）、光参量放大器（2）、汇聚透镜（3）、真空腔体（4）、入射窗口（5）、气体盒（6）、极紫外光谱仪（7）和极紫外摄像头（8），所述入射窗口（5）设置于真空腔体（4）的入口，所述气体盒（6）、极紫外光谱仪（7）和极紫外摄像头（8）均设置于真空腔体（4）内，所述气体盒（6）内有惰性气体；
所述的飞秒激光器（1）用于产生波长为800nm，脉宽为飞秒级的飞秒激光；所述的光参量放大器（2）用于将所述飞秒激光转换成波长为1.6～2.2μm的可调谐的具备宽带双峰结构的红外激光；
飞秒激光器（1）发射的激光束，经光参量放大器（2）转换为波长可调谐的红外激光，所述红外激光经过汇聚透镜（3）聚焦，之后透过入射窗口（5）后与置于真空腔体（4）内的气体盒（6）内的惰性气体进行相互作用，产生高次谐波超连续谱；
所述极紫外光谱仪（7）用于解析和分辨高次谐波超连续谱；所述极紫外摄像头（8）用于拍摄和显示高次谐波超连续谱。
2.根据权利要求1所述的产生高次谐波超连续谱的装置，其特征在于，所述气体盒（6）由薄壁钢管构成，所述薄壁钢管一端密封，另一端接进气装置；经所述汇聚透镜（3）聚焦后的聚焦激光可击穿所述薄壁钢管，与薄壁钢管内的惰性气体进行相互作用。
3.一种产生高次谐波超连续谱的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）通过飞秒激光器（1）产生波长为800nm，脉宽为飞秒级的飞秒激光；
（2）将所述飞秒激光输入到光参量放大器（2），通过光参量放大器（2）内的功能晶体的失谐调节来优化光参量放大器（2）输出的红外激光的光谱，使其具备宽带双峰结构；
（3）引导所述具备宽带双峰结构的红外激光进入真空腔体，并与惰性气体相互作用，产生高次谐波光谱；
（4）开启极紫外摄像头（8），采集步骤（3）产生的高次谐波光谱图像；
（5）根据步骤（4）采集到的高次谐波光谱图像，通过飞秒激光器（1）内的延时光栅的位置调节来优化红外激光的啁啾量，直至输出所需的高次谐波超连续谱。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310540996.0A CN103560388B (zh) | 2013-11-05 | 2013-11-05 | 一种产生高次谐波超连续谱的装置和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310540996.0A CN103560388B (zh) | 2013-11-05 | 2013-11-05 | 一种产生高次谐波超连续谱的装置和方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103560388A true CN103560388A (zh) | 2014-02-05 |
| CN103560388B CN103560388B (zh) | 2016-07-20 |
Family
ID=50014583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310540996.0A Active CN103560388B (zh) | 2013-11-05 | 2013-11-05 | 一种产生高次谐波超连续谱的装置和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103560388B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104638505A (zh) * | 2015-02-10 | 2015-05-20 | 华中科技大学 | 一种产生宽谱带可连续调谐相干极紫外光源的方法及装置 |
| CN105790045A (zh) * | 2016-05-16 | 2016-07-20 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 大能量周期量级超高信噪比飞秒种子脉冲产生装置 |
| CN106848809A (zh) * | 2017-03-06 | 2017-06-13 | 李志远 | 一种产生可见至红外波段极宽带、超连续激光的装置 |
| CN107044885A (zh) * | 2017-03-06 | 2017-08-15 | 温州大学 | 一种测量激光聚焦强度的装置及使用方法 |
| CN109638624A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-04-16 | 南京大学 | 一种基于超短脉冲激光的高效率且波长连续可调的极紫外光产生系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102255225A (zh) * | 2011-05-20 | 2011-11-23 | 上海理工大学 | 一种实现双色激光场的啁啾参数独立调节系统 |
| CN102255233A (zh) * | 2011-05-24 | 2011-11-23 | 上海理工大学 | 用于紫外精密光谱连续产生的调控方法 |
| CN203631969U (zh) * | 2013-11-05 | 2014-06-04 | 温州大学 | 一种产生高次谐波超连续谱的装置 |
-
2013
- 2013-11-05 CN CN201310540996.0A patent/CN103560388B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102255225A (zh) * | 2011-05-20 | 2011-11-23 | 上海理工大学 | 一种实现双色激光场的啁啾参数独立调节系统 |
| CN102255233A (zh) * | 2011-05-24 | 2011-11-23 | 上海理工大学 | 用于紫外精密光谱连续产生的调控方法 |
| CN203631969U (zh) * | 2013-11-05 | 2014-06-04 | 温州大学 | 一种产生高次谐波超连续谱的装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LEONARDO BRUGNERA ET AL.: "Enhancement of high harmonics generated by field steering of electrons in a two-color orthogonally polarized laser field", 《OPTICS LETTERS》 * |
| ZHANG CHUN-MEI ET AL.: "Tunable phase-stabilized infrared parametric laser source", 《CHINESE PHYSICS B》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104638505A (zh) * | 2015-02-10 | 2015-05-20 | 华中科技大学 | 一种产生宽谱带可连续调谐相干极紫外光源的方法及装置 |
| CN104638505B (zh) * | 2015-02-10 | 2017-07-18 | 华中科技大学 | 一种产生宽谱带可连续调谐相干极紫外光源的方法及装置 |
| CN105790045A (zh) * | 2016-05-16 | 2016-07-20 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 大能量周期量级超高信噪比飞秒种子脉冲产生装置 |
| CN105790045B (zh) * | 2016-05-16 | 2018-10-02 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 大能量周期量级超高信噪比飞秒种子脉冲产生装置 |
| CN106848809A (zh) * | 2017-03-06 | 2017-06-13 | 李志远 | 一种产生可见至红外波段极宽带、超连续激光的装置 |
| CN107044885A (zh) * | 2017-03-06 | 2017-08-15 | 温州大学 | 一种测量激光聚焦强度的装置及使用方法 |
| CN107044885B (zh) * | 2017-03-06 | 2018-09-11 | 温州大学 | 一种测量激光聚焦强度的装置及使用方法 |
| CN109638624A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-04-16 | 南京大学 | 一种基于超短脉冲激光的高效率且波长连续可调的极紫外光产生系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103560388B (zh) | 2016-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103560388B (zh) | 一种产生高次谐波超连续谱的装置和方法 | |
| CN105675576B (zh) | 一种测量大气水Raman谱和气溶胶荧光谱的激光雷达系统 | |
| Ciriolo et al. | Optical parametric amplification techniques for the generation of high-energy few-optical-cycles IR pulses for strong field applications | |
| CN103512868B (zh) | 一种基于光纤波导的微区激光探针成分分析仪 | |
| EP2211430A2 (en) | Laser autocorrelation system | |
| CN102959465B (zh) | 用于增加光学脉冲的光谱带宽的装置以及用于借助于这种装置减少光学脉冲的持续时间的设备和方法 | |
| CN104596997A (zh) | 一种激光诱导击穿-脉冲拉曼光谱联用系统及使用方法 | |
| CN203631969U (zh) | 一种产生高次谐波超连续谱的装置 | |
| CN102629066B (zh) | 相干反斯托克斯拉曼散射显微系统的激光光源装置与产生方法 | |
| CN101067602A (zh) | 便携式差分吸收光谱方法及装置 | |
| CN106872402A (zh) | 基于超连续谱激光的气体检测装置和方法 | |
| CN113466209A (zh) | 一种远程变焦紫外拉曼与荧光光谱探测模组及光谱仪 | |
| Witting et al. | Spatio-temporal characterisation of a 100 kHz 24 W sub-3-cycle NOPCPA laser system | |
| CN107421910A (zh) | 基于波面倾斜方法的超短脉冲泵浦的太赫兹强场系统 | |
| Sheetz et al. | Advancing multifocal nonlinear microscopy: development and application of a novel multibeam Yb: KGd (WO 4) 2 oscillator | |
| CN105305209B (zh) | 一种高重复频率的极紫外超快时间分辨光电能谱系统 | |
| Nicolaizeau et al. | LMJ status: fifth bundle commissioning and PW class laser coupling | |
| CN102255233B (zh) | 用于紫外精密光谱连续产生的调控方法 | |
| CN103616074B (zh) | 数字微镜光栅光谱仪的波长标定方法 | |
| CN103309118A (zh) | 一种产生极紫外可调谐单色相干光源的装置和方法 | |
| CN110955107A (zh) | 一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置和方法 | |
| CN104330159B (zh) | 一种太赫兹频域光谱仪 | |
| CN105203223A (zh) | 一种基于cars光谱测量一维扫描火焰温度的装置 | |
| CN104112976A (zh) | 基于白光产生的多色飞秒激光产生装置 | |
| CN108054623A (zh) | 一种使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统和方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 325000 Zhejiang Economic Development Zone, Ouhai, South East Road, No. 38, Wenzhou National University Science Park Incubator Applicant after: Wenzhou University Address before: 325000 Zhejiang province Chashan Wenzhou Higher Education Park Applicant before: Wenzhou University |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhu Haiyong Inventor after: Wei Pengfei Inventor after: Huang Xiaohong Inventor after: Jin Lifen Inventor after: Huang Chaoyue Inventor after: Zhou Rang Inventor after: Jin Qingli Inventor before: Jin Lifen Inventor before: Wei Pengfei Inventor before: Huang Xiaohong Inventor before: Zhu Haiyong Inventor before: Huang Chaoyue Inventor before: Zhou Rang Inventor before: Jin Qingli |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20140205 Assignee: Intelligent lock Research Institute of Wenzhou University Assignor: Wenzhou University Contract record no.: X2020330000086 Denomination of invention: A device and method for generating high order harmonic supercontinuum Granted publication date: 20160720 License type: Common License Record date: 20201030 |