CN1063779A - 宽带可调谐超短脉冲激光系统 - Google Patents
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Abstract
宽带可调谐超短脉冲激光系统是一种全固态的
脉冲激光器。
本发明的特点在于：它采用棱镜提高了泵浦光的
频谱纯度，使产生的信号光纯度高、功率大，用光压缩
透镜来获得最佳泵浦光斑面积并提高了光束的能量
和质量，用BBO晶体制成的参量宽带调谐发生和放
大装置实行角度调谐。用主被动锁模等保证了该
Na3+：YAG激光器输出泵浦光的稳定性。该系统取
得的超短脉冲波长可在210nm～2.6μm间调节，其
脉冲的稳定度为±5％。
Description
宽带可调谐超短脉冲激光系统是一种紫外光～可见光～红外光宽带调谐激光器，属于一种固体脉冲激光器。
超短脉冲激光由于它具有异常强大的瞬时功率密度（可大到几十千兆瓦/厘米2）和前所未有的时间分辨率（脉宽可窄到10-15秒）而成为超快过程探索研究不可或缺的工具。因此，超短脉冲技术在生物工程、遗传工程、激光化学、药学等前沿学科的研究中起了重要作用，但是对不同科研对象的探索要在红外、可见、紫外等不同的频段内进行、因而研制一种大功率宽带可调谐超短脉冲激光系统已成为当务之急。这种系统一般是用一束激光超短单脉冲去泵浦一个由非线性晶体构成的参量调谐发生和放大器去发生并放大参量光，再通过配匹角的调谐来产生波长可调谐的参量光。对这个系统的第一个要求是参量光要能够覆盖红外～可见～紫外光的全部频谱，其次，要求脉宽窄到PS量级、有高的时间分辩率、第三要求超短激光脉冲的瞬时功率密度大、第四要求泵浦光的光斑足够大，以包含较高的能量，第五要求泵浦光的稳定性足够好，频谱足够纯，以保证参量光稳定。能同时综合满足这些要求的宽带可调谐超短脉冲激光系统在国内外尚未见到报导，虽然英国专利GB 2021-278，美国专利US3，856，380和美国专利US4，250，465都涉及到了激光调谐问题，但不是目的不同就是方法不同，都无法移用以达到上述要求。
为了解决这些问题，本发明提出了一种宽带可调谐超短脉冲激光系统。
这种系统包括激光器、非线性晶体、棱镜、滤光镜、透镜和其它机械调节装置，如间距、角度的微调装置，其特征在于：由微微秒脉冲激光器输出的泵浦光经滤光镜偏转再经过一个棱镜分频、纯化后，入射到一个光压缩装置，压缩后的泵浦光通过一个参量宽带调谐发生和放大装置，形成一束与泵浦光共线匹配的放大了的参量光，这束放大光经过一个棱镜又分出可见光（信号光）、红外光（闲频光）和残余的泵浦光。其中的可见光经过光压缩装置、紫外倍频器和一块可见光吸收板后，即透射出可调谐的紫外光。上述的宽带调谐放大装置是由沿光路主轴配置的参量发生器、光栏和参量放大器组成，这种参量发生器和放大器以及紫外倍频器均由BBO（β-BaB2O4）晶体制成。
实验证明：用500MW/Cm2、3547A°、脉宽35Ps的激光超短单脉冲泵浦由BBO晶体制成的参量宽带调谐发生和放大装置，并进行共线匹配调谐后，它们所产生的参量光的波长在210nm～2.6μm范围内可调、覆盖了红外光～可见光～紫外光整个波段（当参量晶体在23～33度调节，倍频晶体在29～89度调节时）。
为了在下面结合实施例对本发明进行详尽的阐述，现把本申请文件使用的附图名称和编号简介如下：
图1-宽带可调谐超短脉冲激光系统原理简图。
实施例：
见图1.其中1是Nd3：yAG Ps激光器，它产生波长为1.06μm的高稳定度、高功率密度的超短激光单脉冲，经二倍频，产生5320A°的绿光，再经三倍频，产生波长为3547A°的紫外光，去泵浦BBO晶体，2是一个45°入射的滤光镜，3是一个用紫外石英制成的阿贝棱镜，滤光镜把波长为3547A°的三倍频光全反射给阿贝棱镜，该棱镜，使3547A°的三倍频光与5320A°的二倍频光、1.06μm的基频光彻底分频，确保了泵浦光的频谱纯度。从阿贝棱镜3输出的泵浦光经过一个沿光路主轴按焦距比为3∶1的透镜组4、5及光栏6组成的压缩透镜组，以保证入射光斑为最佳模式来得到最佳功率密度，光栏6可用于空间滤波，减少杂散光和高次谐波以提高光束质量。这样压缩的泵浦光通过用BBO晶体制成的参量发生器7、光栏8、以及也是用BBO晶体制成的参量放大器9所构成的参量宽带调谐发生和放大装置后即可获得与原泵浦光共线匹配且放大了的参量光，光栏8是用于限制线宽以保证在9中能产生窄线宽的光参量放大的。由于本系统是在Nd3+：yAG激光器中先进行单脉冲选取经二级放大和三倍频后，再利用参量发生和放大器来作角度调谐，从而直接输出调谐后的单脉冲，这就避免了同步泵浦染料激光器先调谐后单选所遇到选取不同波长单脉冲的技术难点。参量发生利用角度调谐还具有不要附加色散元件，损耗小的优点，比起参量振荡来说，不用谐振腔，避免了宽频带谐振输出腔镜镀膜的困难，也避免在腔内多次振荡产生的相速与群速失配，避免了泵浦光与信号光的时间错位与空间错位，保证了二者之间的同步。上述放大后的参量光再经过一块阿贝棱镜10后就分频为红外光IR，可见光和残余的泵浦光Pμmp输出。其中可见光可以单独输出，也可以通过一个焦距比为2∶1，由两个透镜11、12和光栏13组成的光压缩镜，BBO晶体制成的紫外倍频器14，和可截取可见光的吸收片15后去产生紫外光。关于泵浦光源，由于在Nd3+：yAG激光器的振荡级采用了主被动锁模和腔长调制频率微调装置，故保证了泵浦光的高稳定度，在单脉冲选取和两级放大及倍频后，泵浦光稳定度可达到±5%。
本系统中，也可以采用三棱镜去代替阿贝棱镜，用缩束望远镜去代替光压缩透镜组。
由此可见，采用棱镜分光、纯化泵浦光、去泵浦参量发生器BBO晶体，以产生从可见到红外的可调谐参量光，再经参量放大器BBO晶体放大，得到功率可达100MW/pulse的可调谐参量光，再经紫外倍频BBO晶体对4000A°～8000A°的可见光进行倍频，便可得到2100A°-4000A°的紫外可调谐激光超短脉冲。实验证明：这套实验装置和样机保证了本发明的可实现性及实用性。
Claims (6)
1、一种宽带可调谐超短脉冲激光系统，其特征在于，由微微秒脉冲激光器输出的泵浦光经滤光镜偏转后，再经过一个棱镜分频、纯化后入射到一个光压缩装置，压缩后的泵浦光通过一个参量宽带调谐发生和放大装置，形成一束与泵浦光共线匹配的放大了的参量光，它经过一个棱镜又分频为可见光、红外光和残余的泵浦光，这束可见光经过光压缩镜、紫外倍频器和一块可见光吸收片后产生紫外光，上述宽带调谐发生和放大装置是由沿光路主轴配置的参量发生器、光栏和参量放大器组成，这种参量发生器、放大器和紫外倍频器均由BBO(β-BaB2O4)晶体制成。
2、根据权利要求1的宽带可调谐超短脉冲激光系统、其特征在于，所说的微微秒脉冲激光器可以是Nd3+：yAG激光器。
3、根据权利要求1的宽带可调谐超短脉冲激光系统，其特征在于，所说的光压缩装置是指由沿光路主轴按不同焦距比配置的透镜组，也可以用缩束望远镜。
4、根据权利要求1的宽带可调谐超短脉冲系统，其特征在于，所说的泵浦光分频棱镜是一种以紫外石英为材料的阿贝棱镜，也可用三棱镜。
5、根据权利要求1的宽带可调谐超短脉冲系统，其特征在于，所说的棱镜是阿贝棱镜，也可以是三棱镜。
6、根据权利要求1的宽带可调谐超短脉冲系统，其特征在于，所说的放大光分频棱镜是一种以火石玻璃为材料的阿贝棱镜。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1991
- 1991-01-31 CN CN 91100431 patent/CN1023168C/zh not_active Expired - Fee Related
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