CN1119847C - 飞秒啁啾光参量激光发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种参量激光发生器，特别是涉及飞秒啁啾光参量激光发生器。本发明由电光光束扫描器、棱镜光束偏折器、非线性激光晶体、激光泵浦光源、啁啾光脉冲压缩器构成超短脉冲光参量发生器。本发明结构简单，价格便宜，实用性强。
Description
本发明涉及一种参量激光发生器，特别是涉及啁啾飞秒光参量激光发生器。
飞秒超短脉冲激光是物理学、生物学、医学、化学等各学科和各应用领域研究超快过程的最佳手段。超短脉冲可实现太瓦级超高功率激光，是研究超强过程的工具。超短脉冲激光和超强激光是目前激光领域重大研究方向。
目前产生飞秒激光最主要的手段是锁模技术，该技术比较复杂，如Sadao Uemura等人在OPTICS COMMUN.VOL.138，(1997)P330发表的用单二极管激光泵浦的飞秒LiSAF激光，是Kerr透镜锁模(KLM)激光，用X型腔或Z型腔结构，需要透镜聚焦，核心腔用凹面镜，折叠镜的臂加色散用布鲁斯特棱镜对需要保持一定的结构关系，还要解决锁模的启动和稳定性，是一个结构比较复杂的激光器。再如K.Read等人在OPTICS LETT.VOL.21，(1996)P489发表的氩离子激光泵浦的锁模Ti宝石激光器也比较复杂。
本发明的目的在于克服目前飞秒强脉冲激光系统很复杂的缺陷，从而提供一种简单的由电光光束扫描器、棱镜光束偏折器、非线性激光晶体、激光泵浦光源、啁啾光脉冲压缩器构成的飞秒啁啾光参量激光发生器。本发明所产生的时间啁啾的参量激光是一个低重复频率的激光，简化了实验设施。
本发明的目的是这样实现的：
以图1为例，由电光光束扫描器1对泵浦光束8进行偏转扫描，经棱镜光束偏折器4再将被扫描的泵浦光束偏折入射到非共线匹配配置的非线性激光晶体2上进行泵浦。非线性激光晶体2放在光轴位置，泵浦光穿过非线性激光晶体2的中心，由此实现了泵浦光束入射角扫描。在光轴方向上(光轴方向为折射率匹配方向)由于泵浦光束的入射角扫描，从而产生一个随入射角改变波长的参量激光即时间啁啾的参量激光。非线性激光晶体3将这个啁啾参量激光初步放大成输出的时间啁啾的参量激光9，非线性激光晶体3放置在光轴位置与非线性激光晶体2相对于等腰棱镜偏折器5的对称位置上，以保证通过非线性晶体2的泵浦光以相对称的同样扫描角扫描泵浦，等腰棱镜偏折器5放置于能偏折泵浦光的任意离轴位置，底边平行于光轴。时间啁啾的参量激光9的脉冲宽度是一个与泵浦光脉宽相适应的纳秒到皮秒范围的脉冲，这样就构成了一个简单的啁啾参量激光发生器。输出的啁啾参量激光9经啁啾光脉宽压缩器10产生超短脉冲激光，即构成一个结构简单的飞秒啁啾光参量激光发生器。
电光光束扫描器扫描非共线匹配的泵浦光的入射角，光轴方向为折射率匹配方向，在光轴方向产生一个时间啁啾的400nm～700nm的宽带激光脉冲，经啁啾光脉宽压缩器压缩成超短的飞秒激光脉冲。
本发明是用光束扫描方法产生的啁啾参量激光发生器，其产生的激光脉冲是一个宽脉冲激光，不需要啁啾光脉冲展宽技术而直接进入到光参量放大器中放大。
所用的非线性激光晶体可以是BBO，LBO或KTP。
所用的电光光束扫描器的电光晶体是KDP，KD*P，KTP，MgO2：LiNbO3，LiNbO3，可以是单级的、多级的、直线型或转折型，电光光束扫描器由一个同步加电压系统控制或同步减电压系统控制。
所输出的啁啾参量激光可以是参量光的信号波或者是参量光的闲置波。
啁啾激光脉冲输出后可以增加放大级，其放大级可以是参量放大，也可以是其它激光晶体如钛宝石，LiSAF等可调谐激光晶体的激光放大器。
所有光学元件都安装在光学调整架上；
所用的泵浦光束8是100ps到2ns的短脉冲激光，所用的泵浦光波长是1.064μm，532nm或830nm。
所用的啁啾光脉宽压缩器10可以是双光栅压缩器，单光栅压缩器或非线性光学晶体压缩器。
本发明产生的啁啾参量激光，可以直接进入已有的啁啾激光放大器如钛宝石、氟化铝锶锂类等晶体构成的放大器。
本发明的飞秒啁啾光参量激光发生器效率高(比锁模技术产生的激光高三个量级)。本发明简化了锁模、展宽、选单、放大等已有的飞秒激光技术，结构简单，造价低，可以做成小型全固化的激光器。
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明：
图1是实施例1的飞秒啁啾光参量激光发生器，
图2是实施例2的飞秒啁啾光参量激光发生器，
其中：(1)电光光束扫描器，(2)，(3)非线性激光晶体，
(4)直角棱镜光束偏折器，(5)等腰棱镜光束偏折器，
(6)全反射镜，(7)宽带全反射镜，(8)入射的泵浦光，
(9)时间啁啾的参量激光，(10)啁啾光脉宽压缩器。
实施例1：
按照图1制作一台飞秒啁啾光参量激光发生器。电光光束扫描器1以角度扫描方式快速扫描泵浦光束8，再经直角棱镜光束偏折器4将泵浦光束8以角度扫描的方式入射到非线性激光晶体2上，泵浦非线性激光晶体2。剩余的泵浦光经等腰棱镜光束偏折器5(等腰棱镜光束偏折器5在离轴位置上，底边平行于光轴)，以相同扫描速度的角度扫描的方式入射到非线性激光晶体3(非线性激光晶体3放置在光轴位置上，与非线性激光晶体2相对于等腰棱镜偏折器5的对称位置上)上，泵浦非线性激光晶体3。非线性激光晶体2在泵浦光入射角扫描的情况下产生时间啁啾的参量光。非线性激光晶体3将其参量放大，产生时间啁啾的参量激光9，输出的时间啁啾的参量激光9进入啁啾光脉宽压缩器10，压缩成超短的飞秒脉冲。
实施例2：
按照图2制作一台飞秒啁啾光参量激光发生器。泵浦光束8经电光光束扫描器1扫描入射角，经直角棱镜光束偏折器4偏折后泵浦非线性激光晶体2，然后经等腰棱镜光束偏折器5偏折后泵浦非线性激光晶体3。非线性激光晶体2产生的时间啁啾的参量激光入射到非线性激光晶体3被初次放大，如实施例1所述。全反射镜6，7分别垂直于信号光和参量光，将泵浦光和参量光反射回原光路，为保证返回的泵浦光和信号光的同步到达，全反射镜7的位置可调(或者6的位置可调)。经非线性激光晶体3和2，参量光被两次放大，产生随时间变化波长的啁啾光参量脉冲9。泵浦光为2ns～100ps激光脉冲，所产生的啁啾参量光脉冲也在这个范围，是2ns～100ps的啁啾参量激光，经啁啾光脉宽压缩器10压缩成超高功率飞秒的参量激光。
Claims (3)
1、一种飞秒啁啾光参量激光发生器，其特征在于：由电光光束扫描器(1)、第一棱镜光束偏折器(4)及第二棱镜光束偏折器(5)、第一非线性激光晶体(2)及第二非线性激光晶体(3)构成啁啾光参量发生器，再加上啁啾光脉宽压缩器(10)，构成飞秒啁啾光参量激光发生器：
由电光光束扫描器(1)对泵浦光束(8)进行偏转扫描，经第一棱镜光束偏折器(4)将被扫描的泵浦光束偏折入射到非共线匹配配置的非线性激光晶体(2)上进行泵浦，非线性激光晶体(2)放在光轴位置，泵浦光穿过非线性激光晶体(2)的中心，光轴方向为折射率匹配方向，在光轴方向上产生随入射角改变波长的参量激光即时间啁啾的参量激光，非线性激光晶体(3)将这个啁啾参量激光初步放大成输出的时间啁啾的参量激光(9)，非线性激光晶体(3)放置在光轴位置与非线性激光晶体(2)相对于第二棱镜偏折器(5)的对称位置上，第二棱镜偏折器(5)放置于能偏折泵浦光的任意离轴位置，底边平行于光轴，时间啁啾的参量激光(9)的脉冲宽度是一个与泵浦光脉宽相适应的纳秒到皮秒范围的脉冲，这样就构成了一个啁啾参量激光发生器，输出的啁啾参量激光(9)进入啁啾光脉宽压缩器(10)压缩成超高功率的超短脉冲激光；
所有光学元件都安装在光学调整架上；
所用的泵浦光束(8)是100ps到2ns的短脉冲激光，所用的泵浦光波长是1.064μm，532nm或830nm；
所用的啁啾光脉宽压缩器(10)是双光栅压缩器，单光栅压缩器或非线性光学晶体压缩器。
2、按权利要求1所述的飞秒啁啾光参量激光发生器，其特征在于：还添加全反射镜(6)和宽带全反射镜(7)，全反射镜(6)和宽带全反射镜(7)分别垂直于信号光和参量光，将泵浦光和参量光反射回原光路，使宽带全反射镜(7)或者全反射镜(6)的位置可调，则经第二非线性激光晶体(3)和第一非线性激光晶体(2)，参量光被两次放大，产生随时间变化波长的啁啾参量激光(9)，同时将啁啾光脉宽压缩器(10)放置在时间啁啾的参量激光(9)的光轴方向上而成一台飞秒啁啾光参量激光发生器。
3、按权利要求1所述的飞秒啁啾光参量激光发生器，其特征在于：所用的非线性激光晶体是BBO，LBO或KTP。
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