CN104269726A - 一种高对比度超短激光脉冲产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高对比度超短激光脉冲产生装置，包括沿激光光束传输方向依次设置的第一透镜，第二透镜，非线性介质，第一至第四双色镜。本发明解决了现有的提高超短脉冲对比度的方法提升量级少、装置复杂的技术问题，具有原理简单、结构紧凑、调试简单等优点。

Description

一种高对比度超短激光脉冲产生装置

技术领域

本发明涉及超快激光科学领域，尤其涉及一种高对比度超短激光脉冲产生装置。

背景技术

随着超短超强激光技术的发展，现在的啁啾脉冲激光放大系统已经能够输出聚焦功率密度超过10²⁰W/cm²的激光脉冲，在这个强度下，在激光与一些固体靶相互作用实验中，为了避免本底噪声或者预脉冲在主脉冲到达之前破坏掉靶丸，要求超短超强激光系统的时域脉冲对比度高于10^‐10。钕玻璃目前是唯一可以将激光脉冲放大至千焦量级的放大介质，其放大波段为近1μm，因此近1μm波段激光在激光与物质相互作用实验中被广泛应用。对于近1μm波段典型的啁啾脉冲放大系统来说，由于展宽器压缩器光谱剪切、放大过程的自发辐射、光谱调制等影响，对比度一般在10^‐7左右，因此提高脉冲对比度成为一个亟待解决的问题。

国际上已经提出多种基于非线性效应的方式提高对比度，例如交叉偏振波产生技术，光参量放大和倍频技术等等。然而，以上技术均存在尚待改进的地方。如若采用交叉偏振波产生技术，需要自行搭建一套近1μm波段啁啾脉冲放大系统，目前近1μm波段毫焦量级超短脉冲激光器尚未商品化，而且晶体易损坏，对比度提升受限于偏振器的消光比。光参量放大和倍频技术可以采用商品化的钛宝石飞秒激光器做为前端，但是光参量放大和倍频装置结构复杂，效率较低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种高对比度超短激光脉冲产生装置，是基于介质受激拉曼散射过程提高对比度的技术。受激拉曼散射是一个频率转移的过程，不同的介质拥有不同的拉曼频移，利用已有的激光器，可以通过选择合适的介质来得到需要的激光频率。商品化钛宝石飞秒激光器输出脉冲中心波长为800nm，酒精介质的拉曼频移因此我们可以利用钛宝石激光器提供的泵浦脉冲通过乙醇介质受激拉曼散射产生近1μm的斯托克斯脉冲。另一方面受激拉曼散射是一个三阶非线性过程，泵浦脉冲的本底噪声和预脉冲因强度弱而发生斯托克斯散射的效率低，这样就可以得到对比度很高的斯托克斯脉冲。斯托克斯脉冲和泵浦脉冲保持相同偏振但频率不同，可以通过色散元件如针对近1μm波段脉冲的展宽器将斯托克斯脉冲与泵浦脉冲分开。另外受激拉曼散射实验装置简单，结构紧凑，调试简单。这些优良特性使受激拉曼散射技术在提高对比度的应用方面极具前景

本发明的技术解决方案是：

一种高对比度超短激光脉冲产生装置，特点在于其构成包括沿激光光束传输方向依次设置的第一透镜、第二透镜、非线性介质、以及至少2个串联的第一双色镜和第二双色镜。

一种高对比度超短激光脉冲产生装置，特点在于其构成包括沿激光光束传输方向依次设置的第一透镜、非线性介质、以及至少2个串联的第一双色镜和第二双色镜。

所述的激光源为中心波长800nm的宽带飞秒激光。

所述的非线性介质是无水乙醇或丙酮。

所述的第一透镜是正透镜，所述的第二透镜是负透镜。

所述的第一双色镜和第二双色镜与入射光路均成45度角。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明所使用激光源为基于钛宝石的中心波长为800nm飞秒放大器。该激光器输出性能优异且已商品化。

2.本发明所使用非线性介质为无水乙醇，乙醇的频移为2928cm^‐1，乙醇材料廉价无毒，易于生产、存储。

3.本发明所使用的斯托克斯脉冲为前向一级斯托克斯脉冲，前向斯托克斯脉冲便于和泵浦脉冲分开，使得装置结构更加简单。

4.中心波长为800nm的超短激光技术已经非常成熟，近1μm波段的激光放大技术也非常成熟，中心波长为800nm超短激光脉冲经过乙醇介质后，产生的一级斯托克斯脉冲中心波长近1μm。乙醇作为一个桥梁将常用的800nm激光过渡到常用的近1μm波段，十分方便，极具应用前景。

5.中心波长为800nm的超短激光脉冲可以是低对比度的，经过乙醇介质后，产生的中心波长近1μm的斯托克斯脉冲是高对比度的。

附图说明：

图1是本发明高对比度超短激光脉冲产生装置的第一实施例的光路示意图；

图2是本发明高对比度超短激光脉冲产生装置的第二实施例的光路示意图；

图3是本发明产生的高对比度激光脉冲与入射激光脉冲对比度的对比。

图中：1‐激光源，2‐第一透镜，3‐第二透镜，4‐非线性介质，5‐第一双色镜，6‐第二双色镜，7‐第三双色镜，8‐第四双色镜。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

受激拉曼散射是一个频率转移的过程，不同的介质拥有不同的拉曼频移，利用已有的激光器，通过选择合适的介质来得到需要的激光频率。商品化钛宝石飞秒激光器输出脉冲中心波长为800nm，乙醇介质的拉曼频移利用钛宝石激光器提供的泵浦脉冲通过乙醇介质受激拉曼散射产生近1μm的斯托克斯脉冲。另一方面受激拉曼散射是一个三阶非线性过程，泵浦脉冲的本底噪声和预脉冲因强度弱而发生斯托克斯散射的效率低，这样就可以得到对比度很高的斯托克斯脉冲。斯托克斯脉冲和泵浦脉冲保持相同偏振但频率不同，可以通过色散元件如双色镜将斯托克斯脉冲与泵浦脉冲分开。

图1是本发明高对比度超短激光脉冲产生装置的第一实施例的光路示意图，如图所示，激光源产生的超短脉冲序列注入由第一透镜2和第二透镜3构成的缩束系统，缩束后的脉冲注入乙醇介质4，入射脉冲强度较强的部分在非线性介质中发生受激拉曼散射，产生近1μm的斯托克斯脉冲。输出脉冲经过第一至第四双色镜，双色镜是45度镀膜的，双色镜镀膜面与入射脉冲成45度角放置，使得双色镜对入射脉冲高透，对斯一级托克斯脉冲高反，得到高对比度超短一级斯托克斯激光脉冲。所述的激光源为中心波长800nm的宽带飞秒激光。所述的缩束系统第一透镜是正透镜，第二透镜是负透镜。所述的所述的双色镜数量是四个，也可以是其他数量。

缩束系统也可以如图2所示放置，光束经过第一透镜2后，入射至非线性介质4，出射脉冲再经过第二透镜3后到达第一至第四双色镜。

受激拉曼散射技术相比与其他技术(例如交叉偏振波产生技术、光参量放大技术、饱和吸收体、等离子镜等等)具有结构简单，对比度提升空间大等优点，在CPA放大中对于提高超短激光脉冲的对比度具有优势。

应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。

Claims (6)

1.一种高对比度超短激光脉冲产生装置，特征在于其构成包括沿激光光束传输方向依次设置的第一透镜(2)、第二透镜(3)、非线性介质(4)、以及至少2个串联的第一双色镜(5)和第二双色镜(6)。

2.一种高对比度超短激光脉冲产生装置，特征在于其构成包括沿激光光束传输方向依次设置的第一透镜(2)、非线性介质(4)、以及至少2个串联的第一双色镜(5)和第二双色镜(6)。

3.根据权利要求1或2所述的高对比度超短激光脉冲产生装置，其特征在于，所述的激光源为中心波长800nm的宽带飞秒激光。

4.根据权利要求1或2所述的高对比度超短激光脉冲产生装置，其特征在于，所述的非线性介质是无水乙醇或丙酮。

5.根据权利要求1或2所述的高对比度超短激光脉冲产生装置，其特征在于，所述的第一透镜是正透镜，所述的第二透镜是负透镜。

6.根据权利要求1或2所述的高对比度超短激光脉冲产生装置，其特征在于，所述的第一双色镜(5)和第二双色镜(6)与入射光路均成45度角。