CN105305214A - 一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法 - Google Patents

Abstract

一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法，属于光学领域。解决了现有可调谐激光的高重频及大能量输出存在矛盾，二者难以兼顾的问题。本发明方法的具体过程为：首先，采用电子快门或电光晶体开关对可调谐激光脉冲进行调制，获得可调谐激光脉冲串时间序列；其次，对可调谐激光脉冲串时间序列进行频率变换，获得紫外可调谐激光脉冲；其中，可调谐激光脉冲为能量范围在1mJ至30mJ的激光脉冲。它主要用于输出紫外可调谐激光。

Description

一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法

技术领域

本发明属于光学领域。

背景技术

自从激光光源发明以来，其单色性好，亮度高的特性为人们的生产及生活带来了巨大的便利。随着激光光源应用的日益广泛，为拓展其应用范围，输出波长在一定波段范围内连续可调谐的可调谐激光已成为激光技术的研究热点。尤其是在一些特殊的应用场合，如远距离光谱诊断、同位素分离等方面，对高重频、大能量的紫外可调谐激光光源提出了更高的要求。如高速流场及燃烧场诊断中需要紫外可调谐激光光源脉冲间隔小于1ms(脉冲重复频率为相邻脉冲时间间隔的倒数)，单脉冲能量大于1mJ。但目前的可调谐激光技术对于可调谐激光的高重频及大能量输出存在矛盾，二者难以兼顾，现有的倍频晶体难以承受脉冲重频10KHz，单脉冲能量大于1mJ的紫外可调谐激光输出。且通常的可调谐激光工作物质其输出波段都位于可见及近红外区域。因此获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲在高速流场及燃烧场诊断、先进飞行器设计等方面具有重要的应用价值。另外，在常规的倍频过程中，为追求倍频效率的最优，需要入射的基频激光光强空间分布接近理想的高斯光束，通常要求光束质量因子M²优于2。本专利采用的光电开关由于晶体内部的非线性效应，其在对入射激光脉冲在时域上进行调节的同时，对其空域的强度分布也有所调节。因此本专利的对初始入射基频激光的空间强度分布特性(即光束质量)没有特殊要求。

发明内容

本发明是为了解决现有可调谐激光的高重频及大能量输出存在矛盾，二者难以兼顾的问题，本发明提供了一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法。

一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法，该方法的具体过程为：

首先，采用电子快门或电光晶体开关对可调谐激光脉冲进行调制，获得可调谐激光脉冲串时间序列；

其次，对可调谐激光脉冲串时间序列进行频率变换，获得紫外可调谐激光脉冲；

其中，可调谐激光脉冲为能量范围在1mJ至30mJ的激光脉冲。

所述的频率变换对入射激光光斑的空间强度分布特性无特殊要求。

所述的对可调谐激光脉冲串时间序列进行频率变换，获得紫外可调谐激光脉冲的具体过程为：

对入射至频率变换晶体的可调谐激光脉冲串时间序列进行I类相位匹配后，输出倍频激光，再对该倍频激光进行补偿，输出两个波段的激光，通过滤波器对两个波段的激光进行分离，获得紫外可调谐激光脉冲，

其中，一个波段的激光为紫外激光，另一个波段的激光为基频光。

本专利提出一种可同时获得高重频、大能量紫外波段可调谐激光的方法，高重频大能量紫外可调谐激光频率变换的基础是对可调谐激光脉冲的时域调制，因此本发明采用电子快门或电光晶体开关对可调谐激光脉冲进行调制，获得了大能量的可调谐激光脉冲串时间序列；可调谐激光脉冲的时域调制技术可以采用电子快门或电光晶体开关等多种方式，可根据实际紫外激光需要对入射可调谐脉冲串的时域特性进行灵活的调制。其脉冲串时间间隔特性取决于电子快门或电光晶体开关的时间响应特性，根据现有的技术现状，最短脉冲间隔可短至微秒量级。

本发明带来的有益效果是可获得兼顾短脉冲间隔、大脉冲能量的紫外波段可调谐激光输出，脉冲间隔可短至微秒量级，单脉冲能量可达毫焦量级。

附图说明

图1为输入至电子快门或电光晶体开关的可调谐激光脉冲波形；

图2为电子快门或电光晶体开关的工作周期波形；

图3为从电子快门或电光晶体开关输出的可调谐激光脉冲串时间序列波形。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法，该方法的具体过程为：

首先，采用电子快门或电光晶体开关对可调谐激光脉冲进行调制，获得可调谐激光脉冲串时间序列；

其次，对可调谐激光脉冲串时间序列进行频率变换，获得紫外可调谐激光脉冲；

其中，可调谐激光脉冲为能量范围在1mJ至30mJ的激光脉冲。

本实施方式，电子快门或电光晶体开关可承受大能量的激光，本发明方法中输出的紫外光的能量。本发明方法中相邻脉冲时间间隔t可取微秒至毫秒量级，脉冲个数N及脉冲串重频f可根据实际需要进行设定，电子快门或电光晶体开关的工作周期为T，具体参见图1至图3。

采用电子快门或电光晶体开关对可调谐激光脉冲进行调制获得的可调谐脉冲序列具有相邻脉冲间隔时间短，脉冲串整体平均功率低的优点，既可保证脉冲峰值处的高峰值功率密度以实现高效率可调谐激光紫外转换效率，同时又能避免通常的高平均功率对频率变换系统相关光学元件的压力。

由于入射的基频激光脉冲能量较高，而电光晶体一般均具有较大的非线性光学系数。因此基于自聚焦等非线性光学原理，可在对基频激光脉冲在时域调节的同时优化其空间强度分布特性。

采用电子快门或电光晶体开关对可调谐激光脉冲进行调制过程如图1至3所示。入射高重频可调谐激光脉冲时间序列如图1所示，电子光学快门随时间的开闭状态如2所示波形，因此该列可调谐激光脉冲通过电子光学快门后，获得的脉冲时间序列如图3所示波形。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式二所述的一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法的区别在于，所述的频率变换对入射激光光斑的空间强度分布特性无特殊要求。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一所述的一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法的区别在于，所述的对可调谐激光脉冲串时间序列进行频率变换，获得紫外可调谐激光脉冲的具体过程为：

对入射至频率变换晶体的可调谐激光脉冲串时间序列进行I类相位匹配后，输出倍频激光，再对该倍频激光进行补偿，输出两个波段的激光，通过滤波器对两个波段的激光进行分离，获得紫外可调谐激光脉冲，

其中，一个波段的激光为紫外激光，另一个波段的激光为基频光。

本实施方式，通过频率变换晶体后，除了产生紫外激光，还剩余未转化的基频光。为了将紫外光其单独滤出，可采用色散石英棱镜组成的滤波器(BeamFilter)对两个波段的激光进行分离，该滤波器由四块Pellin-Broca石英棱镜组成，由于光通过Pellin-Broca棱镜的每个表面都近似布鲁斯特角，因此可以有效降低透过损耗。

频率变换晶体可采用BBO晶体,CLBO晶体等多种非线性光学晶体实现。

通过引入脉冲时域及空域调制，所述的频率变换对入射激光光斑的空间强度分布特性无特殊要求。

I类相位匹配：和频时,两束入射光的偏振方向平行时,我们称之为一类相位匹配。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三所述的一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法的区别在于，所述的频率变换晶体为BBO晶体或CLBO晶体。

本实施方式中，BBO晶体(偏硼酸钡，bariumborate)，及CLBO晶体(化学式CsLiBO)。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四所述的一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法的区别在于，所述的BBO晶体的切割角为42.8度。

本实施方式中，BBO晶体的切割角为42.8度。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五所述的一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法的区别在于，所述的对入射至频率变换晶体的可调谐激光脉冲串时间序列进行I类相位匹配后，输出的倍频激光为275nm倍频至550nm倍频的可调谐激光时，BBO晶体的相位角θ为45.5°。

本实施方式，因此在调谐过程中，需要调整BBO晶体角度，从而获得优化的倍频激光输出，旋转倍频晶体会导致输出激光方向漂移，因此需要在倍频晶体BBO后放置补偿器，保证调谐过程中激光方向一致。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四所述的一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法的区别在于，所述的CLBO晶体的切割角为52.6度。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七所述的一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法的区别在于，所述的对入射至频率变换晶体的可调谐激光脉冲串时间序列进行I类相位匹配后，输出的倍频激光为275nm倍频至550nm倍频的可调谐激光时，CLBO晶体的相位角θ为57.9°。

Claims (3)

1.一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法，其特征在于，该方法的具体过程为：

首先，采用电子快门或电光晶体开关对可调谐激光脉冲进行调制，获得可调谐激光脉冲串时间序列；

其次，对可调谐激光脉冲串时间序列进行频率变换，获得紫外可调谐激光脉冲；

其中，可调谐激光脉冲为能量范围在1mJ至30mJ的激光脉冲。

2.根据权利要求1所述的一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法，其特征在于，所述的频率变换对入射激光光斑的空间强度分布特性无特殊要求。

3.根据权利要求1所述的一种获得高重频、大能量紫外可调谐激光脉冲的方法，其特征在于，所述的对可调谐激光脉冲串时间序列进行频率变换，获得紫外可调谐激光脉冲的具体过程为：

对入射至频率变换晶体的可调谐激光脉冲串时间序列进行I类相位匹配后，输出倍频激光，再对该倍频激光进行补偿，输出两个波段的激光，通过滤波器对两个波段的激光进行分离，获得紫外可调谐激光脉冲，

其中，一个波段的激光为紫外激光，另一个波段的激光为基频光。