CN104022431A - 宽带宽高信噪比超短激光脉冲装置 - Google Patents

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CN104022431A CN201410172432.0A CN201410172432A CN104022431A CN 104022431 A CN104022431 A CN 104022431A CN 201410172432 A CN201410172432 A CN 201410172432A CN 104022431 A CN104022431 A CN 104022431A
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许毅
冷雨欣
李妍妍
王丁
陆效明
李儒新
徐至展
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Abstract

一种宽带宽高信噪比超短激光脉冲装置，包括激光源，其特征在于其构成：在所述的激光源输出的光路上依次是偏振器、第一透镜、置于真空管腔中的空心光纤，第二透镜、第一反射镜、第二反射镜、色散补偿器、第三透镜、交叉偏振波产生装置和检偏器，所述的空心光纤为外壁经过打毛的空心光纤。本发明装置通过利用表面经过处理的空心光纤实现光斑质量提升的同时，也避免了由空心光纤引入的后沿脉冲，然后经过交叉偏振波产生技术得到高信噪比的脉冲既实现了空心光纤对激光光束光斑质量的提升，又避免了空心光纤引入的后沿脉冲对后续系统信噪比的影响，进一步提升整个装置信噪比的同时也进一步压缩了脉冲宽度，在强场激光物理实验中具有重要意义。

Description

宽带宽高信噪比超短激光脉冲装置
技术领域
本发明涉及超短激光脉冲领域，特别是一种宽带宽高信噪比超短激光脉冲装置。
背景技术
随着超强超短激光技术的迅猛发展，超强超短激光为人类提供了前所未有的实验手段与极端物理条件，目前高功率激光系统的聚焦功率密度已达到>1022W/cm2，在这种强甚至超强光场条件下，激光与各种形态物质间的相互作用进入到了一个前所未有的高度非线性与相对论性的新范畴。在不久的将来，随着超高强度激光的发展，激光聚焦强度甚至可能会达到1026-28W/cm2的超高量级，在这样的极端强度下，超强超短激光脉冲的时域信噪比已成为强场激光物理等前沿研究中一个关键的因素。超强超短激光脉冲的时域信噪比定义为主脉冲强度与其它卫星脉冲或是自发放大辐射(ASE)强度的比值。
目前，已有多种实用的提高脉冲时域对比度的方法，例如：可饱和吸收体技术(SA)、双啁啾脉冲放大技术(DCPA)，交叉偏振波产生技术(XPW)，光学参量放大技术(OPA)等。交叉偏振波产生技术由于其结构简单，使用方便，能产生宽带的超短激光脉冲而被普遍研究并使用，并且采用空心光纤对入射激光脉冲光斑进行整形，可降低交叉偏振波产生技术中非线性晶体损伤的风险以及提高交叉偏振波产生的输出光斑质量，然而空心光纤会引入后沿小脉冲(Ding Wang et al.,OpticsCommunications,284:5338-5341(2011))，延伸到几百皮秒以外，这些虽然不影响大多数的应用，但是当这些后沿小脉冲进入到后续放大装置中可能会因为非线性效应而转变为激光脉冲前沿的小脉冲，从而降低输出激光脉冲的信噪比(N.V.Didenko et al.,Optics Express,16:3178-3190(2008))。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宽带宽高信噪比超短激光脉冲装置。此装置利用外壁打毛的空心光纤对激光脉冲光斑进行整形，然后经过交叉偏振波产生技术提高激光脉冲信噪比，在保证空心光纤的光斑整形作用，又避免了空心光纤引入的后沿小脉冲对后续非线性过程信噪比的影响，同时也降低了交叉偏振波产生技术中非线性晶体的损伤风险，再通过交叉偏振波产生过程，实现高信噪比超短激光脉冲输出，为超强激光与物质间的相互作用提供激光脉冲源。
本发明的具体技术解决方案如下：
一种宽带宽高信噪比超短激光脉冲装置，包括激光源，其特征在于其构成：在所述的激光源输出的光路上依次是偏振器、第一透镜、置于真空管腔中的空心光纤，第二透镜、第一反射镜、第二反射镜、色散补偿器、第三透镜、交叉偏振波产生装置和检偏器，所述的空心光纤为外壁经过打毛的空心光纤。
其工作过程如下：激光源输出的激光光束经过偏振器再经过第一透镜聚焦进入置于真空管腔中的空心光纤进行光斑整形，整形后的激光光束经第二透镜准直后，依次经过第一反射镜、第二反射镜后，再经过色散补偿器进行色散补偿，然后再经第三透镜聚焦进入交叉偏振波产生装置进行脉冲净化，，净化后的脉冲最后经过检偏器检偏后与激光源脉冲分离，最终产生稳定的高信噪比飞秒超短激光脉冲。
所述的交叉偏振波产生装置中非线性晶体为CaF2晶体或BaF2晶体，数量若干，放置于经第二透镜聚焦的光束焦点之前，整个装置放置于真空中。
所述的色散补偿器为啁啾镜对或是石英片。
本发明的优点与创新点为：
本发明利用外壁打毛的空心光纤对入射激光脉冲进行光斑整形，既提高了交叉偏振波产生技术输出光斑质量，也降低了交叉偏振波产生技术中非线性晶体损伤的风险，同时也消除了空心光纤引入的后沿小脉冲对整个装置信噪比恶化的影响且在空心光纤后利用色散补偿器对整形后的激光脉冲进行色散补偿，以提高交叉偏振波产生过程的转换效率及输出光谱宽度，实现脉冲宽度的进一步压缩，以实现稳定、宽带的高信噪比超短激光脉冲输出。
附图说明
图1为本发明宽带宽高信噪比超短激光脉冲装置实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例中测量得到的激光源及高信噪比超短激光脉冲装置的输出光谱
图3为本发明实施例中测量得到的空心光纤输出激光脉冲三阶自相关测量曲线。
图4为本发明实施例中测量得到的高信噪比超短激光脉冲三阶自相关测量曲线。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对装置作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请参照图1，图1为本发明宽带宽高信噪比超短激光脉冲装置实施例的结构示意图。由图可见，本发明宽带宽高信噪比超短激光脉冲装置实施例包括，激光源1，在所述的激光源1输出的光路上依次是偏振器2、第一透镜3、置于真空管腔4中的空心光纤5、第二透镜6、第一反射镜7、第二反射镜8、色散补偿器9、第三透镜10、交叉偏振波产生装置11和检偏器12，所述的空心光纤5是外壁打毛的空心光纤。
其工作过程如下：激光源1输出的激光光束经过偏振器2再经过第一透镜3聚焦进入置于真空管腔4中的空心光纤5进行整形滤波，整形滤波后的激光光束经第二透镜6准直后，依次经过第一反射镜7、第二反射镜8后，再经过色散补偿器9进行色散补偿，然后再经第三透镜10聚焦进入交叉偏振波产生装置11进行脉冲净化，净化后的脉冲最后经过检偏器12检偏后与泵浦脉冲分离，最终产生稳定的高信噪比飞秒超短激光脉冲。
在本实施例中所述的激光光束为波长800nm，重复频率1kHz，能量0.5mJ，脉冲宽度为40fs的激光脉冲。第一透镜3为焦距为1m的透镜。第二透镜6为焦距为0.75m的透镜。空心光纤5为放置在真空管腔4中的外壁打毛的空心光纤。色散补偿器9采用啁啾镜对和石英片。交叉偏振波产生装置11放置在真空环境中，该装置中的非线性晶体为BaF2晶体，放置于经第三透镜10聚焦的光束焦点之后。第一反射镜7、第二反射镜8均为表面镀有银膜层的镜片。
此宽带宽高信噪比超短激光脉冲装置，通过采用外壁打毛的空心光纤对输入激光脉冲光斑进行整形，既实现了激光光束质量的提升，又降低了交叉偏振波产生中非线性晶体的损伤风险，同时也消除了空心光纤引入的后沿小脉冲对后续交叉偏振波产生非线性过程信噪比恶化的影响。并且通过在空心光纤之后引入色散补偿器进行色散补偿可以提高交叉偏振波产生过程的转换效率及输出光谱宽度，实现脉冲宽度的进一步压缩，最终实现稳定的宽带宽高信噪比超短激光脉冲输出，为超强超短激光与物质相互作用领域的进一步发展提供了更加优质的高信噪比激光光源。

Claims (3)

1.一种宽带宽高信噪比超短激光脉冲装置，包括激光源(1)，特征在于其构成：在所述的激光源(1)输出的光路上依次是偏振器(2)、第一透镜(3)、置于真空管腔(4)中的空心光纤(5)，第二透镜(6)、第一反射镜(7)、第二反射镜(8)、色散补偿器(9)、第三透镜(10)、交叉偏振波产生装置(11)和检偏器(12)，所述的空心光纤(5)为外壁经过打毛的空心光纤。
2.根据权利要求1所述的宽带宽高信噪比超短激光脉冲装置，其特征在于所述的交叉偏振波产生装置(11)的非线性晶体氟化钙晶体或氟化钡晶体置于真空环境中。
3.根据权利要求1所述的宽带宽高信噪比超短激光脉冲装置，其特征在于所述的色散补偿器(9)采用啁啾镜对和石英片。
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