CN105301758B - 基于法布里‑玻罗干涉器的皮秒中红外脉冲转换装置 - Google Patents

基于法布里‑玻罗干涉器的皮秒中红外脉冲转换装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于法布里‑玻罗干涉器的皮秒中红外脉冲转换装置，其特征在于，包括飞秒中红外激光、笼式结构和压电控制器；笼式结构包括压电调整架、固定调整架、支杆和两部分反射镜，第一部分反射镜和第二部分反射镜分别相应嵌设固定在压电调整架和固定调整架上，相对一侧均镀设有高反射膜；第一部分反射镜与第二部分反射镜之间的平行平面空气层构成法布里‑珀罗腔；飞秒中红外激光发出的飞秒脉冲通过第一部分反射镜水平入射到法布里‑玻罗干涉腔内，入射光在第一部分反射镜与第二部分反射镜之间往返多次反射将飞秒脉冲变成皮秒脉冲经第二部分反射镜透射输出。

Description

基于法布里-玻罗干涉器的皮秒中红外脉冲转换装置
技术领域
本发明是关于一种基于法布里-玻罗干涉器的皮秒中红外脉冲转换装置，属于光学技术领域。
背景技术
皮秒(10-12s,ps)量级的超短中红外激光脉冲，在化学、物理学和生物学等领域的研究具有重要作用，是研究和揭示超快过程的重要手段，如何实现稳定可调谐的皮秒脉冲光源尤为关键。
现在技术中采用的皮秒激光器通常是声光调制锁模的二极管Nd:YAG或者Nd:YLF激光器做为泵浦光源，经过皮秒再生放大器将输出的脉冲进行放大，从而得到皮秒近红外(800nm)的短脉冲，再利用中红外光参量放大器，才可产生皮秒中红外脉冲。现有的此种皮秒激光器装置结构庞大、复杂、成本高。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种频率可调且成本较低的基于法布里-玻罗干涉器的皮秒中红外脉冲转换装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于法布里-玻罗干涉器的皮秒中红外脉冲转换装置，其特征在于，包括一飞秒中红外激光、一笼式结构和一压电控制器；所述笼式结构包括一压电调整架、一固定调整架、若干支杆和两部分反射镜，所述压电调整架和固定调整架平行纵向间隔设置，且所述压电调整架与所述固定调整架横向通过所述支杆穿设固定；第一部分反射镜和第二部分反射镜分别相应嵌设固定在所述压电调整架和固定调整架上，所述第一部分反射镜与第二部分反射镜相对一侧均镀设有高反射膜，所述第一部分反射镜与第二部分反射镜之间的平行平面空气层构成法布里-珀罗腔；所述压电控制器通过同轴电缆连接所述压电调整架的控制机构，用于控制所述第一部分反射镜的运动以改变与所述第二部分反射镜的距离和平行状态；所述飞秒中红外激光发出的飞秒脉冲通过所述第一部分反射镜水平入射到所述法布里-玻罗干涉腔内，入射光在所述第一部分反射镜与第二部分反射镜之间往返多次反射将飞秒脉冲变成皮秒脉冲经所述第二部分反射镜透射输出。
进一步，所述高反射膜可以覆盖2000cm-1～4000cm-1的频率范围。
进一步，每一所述支杆为长75毫米，直径8毫米的不锈钢支杆。
进一步，所述压电控制器采用具有三个BNC母头的三通道压电调节器，所述压电调整架采用型号为KC1-PZ的压电调整架，所述压电调整架的侧面具有三个同轴电缆公头，所述三通道压电调节器的三个BNC母头分别通过三根同轴缆线连接相应的压电调整架的三个同轴电缆公头。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的第一部分反射镜与第二部分反射镜之间的平行平面空气层构成法布里-珀罗腔，压电控制器通过同轴电缆连接压电调整架用于控制第一部分反射镜的运动以改变与第二部分反射镜的距离和平行状态，即通过压电控制器对法布里-珀罗腔长进行调节从而实现了对法布里-珀罗腔长精密控制，可以方便地实现对脉冲宽度及中心频率的调节，以实现最佳波长的透射输出，因此整个设备操作简单、重复性好，其定位准确性可以满足亚微米精度调节的需要，极大地避免了调节带来的误差。2、本发明能够将飞秒(10-15s，fs)红外脉冲转化为皮秒脉冲，实现了对飞秒宽带中红外脉冲的窄化，其作用相当于一套皮秒激光放大器和皮秒光参量放大器，解决了现有皮秒激光器脉冲调节范围有限，操作困难及造价高的问题。3、本发明由于采用笼式结构，因此有效提高了装置的稳定性以及皮秒中红外脉冲信号输出的稳定性。本发明可以适用于将飞秒宽带中红外脉冲窄化成皮秒中红外脉冲，同时还可以快速准确地连续改变皮秒脉冲的脉冲宽度及中心频率。
附图说明
图1是本发明基于法布里-珀罗干涉器的皮秒中红外脉冲转换装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本发明的基于法布里-玻罗干涉器的皮秒中红外脉冲转换装置，包括一飞秒中红外激光1、一笼式结构2和一压电控制器3；笼式结构2包括一压电调整架21、一固定调整架22、四根支杆23(但是不限于此，支杆个数可以根据实际需要进行确定)和两部分反射镜(为了方便描述本发明将两部分反射镜分别定义为第一部分反射镜24和第二部分反射镜25)。压电调整架21和固定调整架22平行纵向间隔设置，且压电调整架21与固定调整架22横向通过四根支杆23穿设固定，压电调整架21可以沿着支杆23进行横向运动进而对第一部分反射镜24做三维手动预调节，以改变和优化与第二部分反射镜25的距离和平行状态；第一部分反射镜24和第二部分反射镜25分别嵌设固定在相应压电调整架21和固定调整架22中心，第一部分反射镜24与第二部分反射镜25相对一侧均镀设有高反射膜，第一部分反射镜24与第二部分反射镜25之间的平行平面空气层构成法布里-珀罗腔；压电控制器3通过同轴电缆连接压电调整架21的控制机构，用于控制压电调整架21中第一部分反射镜24的微动(最大范围8μm)。
飞秒中红外激光1发出的飞秒脉冲通过第一部分反射镜24水平入射到法布里-玻罗干涉腔内，入射光在第一部分反射镜24与第二部分反射镜25之间往返多次反射在时间上延续累加，使其光谱带宽窄化，从而将飞秒脉冲变成皮秒脉冲，经第二部分反射镜25透射输出。
在一个优选的实施例中，高反射膜可以覆盖2000cm-1～4000cm-1的频率范围，本发明实施例中在3300cm-1处的典型反射率为85％左右。
在一个优选的实施例中，压电调整架21与固定调整架22之间的距离可以设置为16～24μm。
在一个优选的实施例中，每一支杆23可为长75毫米，直径8毫米的不锈钢支杆。
在一个优选的实施例中，压电控制器3可以采用三通道压电调节器，三通道压电调节器具有三个BNC(同轴电缆)连接器母头，压电调整架21可以采用型号为KC1-PZ的压电调整架，压电调整架21的侧面具有三个同轴电缆公头，三通道压电调节器具有三个BNC母头分别通过三根同轴缆线连接相应的压电调整架21的三个同轴电缆公头用于控制压电调整架21中第一部分反射镜24的运动。
下面通过具体实施例详细说明本发明的基于法布里-玻罗干涉器的皮秒中红外脉冲转换装置的实现方法，具体过程为：
1、将整个笼式结构2以一定高度放置于一光学平台上，并将第一部分反射镜24和第二部分反射镜25分别相应固定在压电调整架21和固定调整架22中心，压电调整架21和固定调整架22纵向平行设置，并通过四个支杆23将两者穿设固定；其中，第一部分反射镜24与第二部分反射镜25相对放置，二者的反射率在3300cm-1频率处均为85％；
2、实验前，调节压电调整架21或固定调整架22的三个旋钮，使得两个部分反射镜的镜面相互平行，两个部分反射镜之间形成平行平面空气层，构成法布里-玻罗腔；
3、压电控制器3通过三根同轴电缆连接压电调整架21，通过改变压电控制器3的输出电压，电压转化为压力，使得压电调整架21上的第一部分反射镜24位置发生平移改变，从而改变法布里-珀罗腔的腔长；
4、飞秒中红外激光1发出的飞秒脉冲垂直入射到法布里-珀罗腔内，产生频率单一的皮秒中红外脉冲，可以通过改变法布里-玻罗腔长进而调节皮秒中红外脉冲的输出频率。
入射前可以采用红外阵列检测器测量输入飞秒中红外激光的光谱宽度，本发明实施例中的所采用的飞秒中红外激光的半峰宽的典型值为200cm-1，单脉冲能量8μJ，出射的皮秒脉冲也可以采用红外阵列检测器进行光谱扫描，得到经过法布里-玻罗干涉器后输出的皮秒中红外脉冲的带宽，还可以采用功率计记录经过法布里-玻罗干涉器后皮秒中红外脉冲的能量，本发明实施例可实现带宽优于9cm-1的皮秒中红外光，单脉冲能量可达200nJ。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (4)

1.一种基于法布里-玻罗干涉器的皮秒中红外脉冲转换装置，其特征在于，包括一飞秒中红外激光、一笼式结构和一压电控制器；
所述笼式结构包括一压电调整架、一固定调整架、若干支杆和两部分反射镜，所述压电调整架和固定调整架平行纵向间隔设置，且所述压电调整架与所述固定调整架横向通过所述支杆穿设固定；
第一部分反射镜和第二部分反射镜分别相应嵌设固定在所述压电调整架和固定调整架上，所述第一部分反射镜与第二部分反射镜相对一侧均镀设有高反射膜，所述第一部分反射镜与第二部分反射镜之间的平行平面空气层构成法布里-珀罗腔；所述压电控制器通过同轴电缆连接所述压电调整架的控制机构，用于控制所述第一部分反射镜的运动以改变与所述第二部分反射镜的距离和平行状态；
所述飞秒中红外激光发出的飞秒脉冲通过所述第一部分反射镜水平入射到所述法布里-玻罗干涉腔内，入射光在所述第一部分反射镜与第二部分反射镜之间往返多次反射将飞秒脉冲变成皮秒脉冲经所述第二部分反射镜透射输出；
所述压电控制器采用具有三个BNC母头的三通道压电调节器，所述压电调整架的侧面具有三个同轴电缆公头，所述三通道压电调节器的三个BNC母头分别通过三根同轴缆线连接相应的压电调整架的三个同轴电缆公头用于控制所述第一部分反射镜的运动。
2.如权利要求1所述的基于法布里-玻罗干涉器的皮秒中红外脉冲转换装置，其特征在于，所述高反射膜可以覆盖2000cm-1～4000cm-1的频率范围。
3.如权利要求1所述的基于法布里-玻罗干涉器的皮秒中红外脉冲转换装置，其特征在于，每一所述支杆为长75毫米，直径8毫米的不锈钢支杆。
4.如权利要求2所述的基于法布里-玻罗干涉器的皮秒中红外脉冲转换装置，其特征在于，每一所述支杆为长75毫米，直径8毫米的不锈钢支杆。
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