CN112582861A - 可调谐激光产生装置及产生方法 - Google Patents

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Abstract

公开了可调谐激光产生装置及产生方法，装置中，第一反射镜配置成反射飞秒级脉冲激光；第二反射镜接收来自第一反射镜的脉冲激光以将其反射通过耦合器，第一气室的第一侧设有用于入射脉冲激光的第一光学窗口，空芯光纤包括第一端和相对于第一端的第二端，第一端穿过第二侧且密封容纳在第一气室中，第二端穿过第二气室且密封容纳在第二气室中，第二气室包括设置在远离第二端一侧的第二光学窗口和用于输入气体的进气口，调谐控制器设有基于待调谐的激光波长调节气压的处理单元和用于测量气压的压力传感器，气体填充进入空芯光纤，脉冲激光经由的第一气室进入填充有气体的空芯光纤中以产生所调谐波长的激光。

Description

可调谐激光产生装置及产生方法
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别是一种可调谐激光产生装置及产生方法。
背景技术
现有技术中的可调谐激光器主要从电流控制技术、温度控制技术和机械控制技术三方面控制。但是现有技术中实现良好的光谱相干性，需要昂贵成本和精密复杂的控制，以及获得不同波长的激光谱需要调整入射的激光或者相关设备，操作不方便。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了可调谐激光产生装置及产生方法，本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
一种可调谐激光产生装置包括，
第一反射镜，其配置成反射飞秒级脉冲激光；
第二反射镜，其接收来自第一反射镜的脉冲激光以将其反射通过耦合器，
耦合器，其配置成聚集和调节脉冲激光的光束直径，
第一气室，其包括朝向耦合器的第一侧和相对于所述第一侧的第二侧，第一侧设有用于入射所述脉冲激光的第一光学窗口，第二侧设有密封空芯光纤的密封组件，
空芯光纤，其包括第一端和相对于所述第一端的第二端，所述第一端穿过第二侧且密封容纳在第一气室中，第二端穿过第二气室且密封容纳在第二气室中，
第二气室，其包括设置在远离所述第二端一侧的第二光学窗口和用于输入气体的进气口，
调谐控制器，其设有用于测量气压的压力传感器和基于待调谐的激光波长调节气压的处理单元，其中，调谐控制器基于待调谐的激光波长以预定压力将惰性气体经所述进气口充入所述第二气室，所述惰性气体填充进入所述空芯光纤，所述脉冲激光经由所述的第一气室进入填充有所述惰性气体的空芯光纤中以产生所调谐波长的激光。
所述的可调谐激光产生装置中，可调谐激光产生装置设有多组级联的第一气室、空芯光纤和第二气室，气室之间由相同或不同种类的空芯光纤密封连接。
所述的可调谐激光产生装置中，第二气室与第一气室合并成一个气室，空芯光纤设在气室中。
所述的可调谐激光产生装置中，调谐控制器以1x10-6Pa至1x106Pa的压力将惰性气体经所述进气口充入所述第二气室。
所述的可调谐激光产生装置中，惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气或氙气等单原子气体。
所述的可调谐激光产生装置中，调谐控制器的波长调谐范围为7nm至400nm或2.5μm至8μm。
所述的可调谐激光产生装置中，空芯光纤包括石英毛细管、石英微结构空芯光纤、金属毛细管、晶体毛细管、多组分软玻璃毛细管或多组分软玻璃微结构空芯光纤，所述空芯光纤的纤芯直径为5μm-2000μm，光纤的长度为1mm-20m。
所述的可调谐激光产生装置中，石英微结构空芯光纤包括光子带隙型空芯光纤和反谐振型空芯光纤。
所述的可调谐激光产生装置中，所述第一光学窗口和/或第二光学窗口由石英、宝石、陶瓷或晶体材料制成。
所述的可调谐激光产生装置中，所述第二光学窗口连通用于检测所述可调谐激光的检测单元。
所述的可调谐激光产生装置中，所述第二光学窗口连通用于调节所述可调谐激光的调节单元。
根据本发明的另一方面，一种基于所述可调谐激光产生装置的产生方法包括以下步骤，
飞秒级脉冲激光经由第一反射镜和第二反射镜反射通过耦合器，
调谐控制器以预定压力将预定气体经所述进气口充入所述第二气室，所述气体填充进入所述空芯光纤，
通过耦合器的所述脉冲激光经由所述的第一气室进入填充有所述气体的空芯光纤中以产生所调谐波长的激光。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本可调谐激光产生装置产生的可调谐激光具有转换效率高、能量高、波长短和相干性好的特点，输出功率稳定，从波长7nm至400nm可以调谐X射线或紫外激光，例如，从100nm至400nm调谐依赖色散波产生效应获得的紫外激光，从7nm至300nm调谐产生高次谐波激光，且通过调整输入气体气压便可以方便地获得不同波长的激光。除此之外，利用该装置，通过选择不同色散的空芯光纤、不同种类气压的气体和抽运激光，亦可以获得2.5μm至8μm可调谐的中红外激光。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的可调谐激光产生装置的结构示意图；
图2根据本发明一个实施例的产生方法的步骤示意图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图1至附图2更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
为了更好地理解，如图1所示，一种可调谐激光产生装置包括，
第一反射镜1，其配置成反射飞秒级脉冲激光；
第二反射镜2，其接收来自第一反射镜1的脉冲激光以将其反射通过耦合器3，
第一气室4，其包括朝向耦合器3的第一侧和相对于所述第一侧的第二侧，第一侧设有用于入射所述脉冲激光的第一光学窗口，第二侧设有密封光纤的密封组件，
空芯光纤5，其包括第一端和相对于所述第一端的第二端，所述第一端穿过第二侧且密封容纳在第一气室4中，第二端穿过第二气室7且密封容纳在第二气室7中，
第二气室7，其包括设置在远离所述第二端一侧的第二光学窗口和用于输入气体的进气口，
调谐控制器6，其基于待调谐的激光波长以预定压力将惰性气体经所述进气口充入所述第二气室7，所述气体填充进入所述空芯光纤5，所述脉冲激光经由所述的第一气室4进入填充有所述气体的空芯光纤5中以产生所调谐波长的激光，所述调谐控制器6设有基于待调谐的激光波长调节气压的处理单元和用于测量气压的压力传感器。
为了进一步理解本发明，在一个实施例中，一种基于气体填充空芯光纤的可调谐紫外激光产生装置包括第一反射镜1，第二反射镜2，耦合器3，第一气室4，空芯光纤5，调谐控制器6和第二气室7，超短飞秒脉冲激光经过所述的第一反射镜、所述的第二反射镜反射后至所述的耦合器，激光经过会聚入射经过所述的第一气室，耦合进所述的空芯光纤中，不同种类的气体经过所述的充气和气压控制器进入所述的第二气室7，随后不同种类的气体填充进空芯光纤中，飞秒脉冲激光在所述的空芯光纤中与不同种类气体相互作用，发生一系列非线性效应，可获得可调谐X射线至紫外波段或中红外波段激光输出。
在一个实施例中，所述的耦合器3由一凸透镜或透镜组组成，可以实现激光光束直径的改变和聚焦，以达到提高耦合进空芯光纤的激光耦合效率的目的，所述透镜组可以由两个或多个凸透镜、凹透镜组成，其焦距为10mm～500mm。
在一个实施例中，所述的耦合器3包括第一凸透镜31、第二凸透镜32和第三凸透镜33。第一凸透镜31和第二凸透镜32可以实现激光光束直径的改变，第三凸透镜33为聚焦透镜，可以实现入射激光的聚焦。
在一个实施例中，所述第一气室4左侧有光学窗口密封而成，所述光学窗口材料根据入射激光有较高的透过率这一原则可以选择石英、宝石、陶瓷或晶体等材料，可以通过镀膜提高窗口入射激光的透过率。
在一个实施例中，所述空芯光纤5包括但不限于石英毛细管、石英微结构空芯光纤包括光子带隙空芯光纤和反谐振空芯光纤、金属毛细管、晶体毛细管、多组分软玻璃毛细管或多组分软玻璃微结构空芯光纤等，所述空芯光纤5的纤芯直径即空气孔直径为5μm～2000μm，光纤的长度为1mm～20m。在实际应用中，通过选择不同纤芯直径光纤和不同传输谱空芯光纤，可以调节空芯光纤中色散，使入射激光与产生的信号激光满足相位匹配。
在一个实施例中，所述第二气室右侧7有光学窗口密封而成，所述光学窗口材料根据频率变换后产生的激光有较高的透过率这一原则可以选择石英、宝石、陶瓷或晶体等材料，可以通过镀膜提高窗口出射激光的透过率。根据实际应用需求，第二气室7可以与第一气室4合并成一个气室，亦可以分成三个或多个级联的气室，气室之间由同一种类或不同种类空芯光纤密封连接可以提高非线性频率转换效率。
在一个实施例中，所述充气和气压控制器6可以充入惰性气体如氦气、氖气、氩气、氪气或氙气等，一般情况下产生X射线或紫外激光需要较低气压即在一定真空度下充入少量惰性气体，气压范围为1x10-6Pa至1x106Pa之间。通过调整气压可以调节空芯光纤中的色散，使入射激光与产生的信号激光满足相位匹配。
在一个实施例中，所述超短飞秒脉冲激光在空芯光纤中与不同种类气体相互作用，发生一系列非线性效应，一般情况下当充入惰性气体时，非线性效应主要包括自相位调制、自变陡、色散波产生或高次谐波产生效应等，这样产生的紫外激光同样具有转换效率高、能量高、波长短和相干性好的特点，X射线或紫外激光的波长可以从7nm至400nm调谐，一般情况下，依赖色散波产生效应获得的紫外激光波长从100nm至400nm调谐，依赖高次谐波产生的激光波长从7nm至300nm调谐。利用该装置，通过选择不同色散的空芯光纤、不同种类气压的气体和抽运激光，亦可以获得2.5μm至8μm可调谐的中红外激光。
所述的可调谐激光产生装置的优选实施例中，可调谐激光产生装置设有多组级联的第一气室4、空芯光纤5和第二气室7，气室之间由相同或不同种类的空芯光纤5密封连接。
所述的可调谐激光产生装置的优选实施例中，第二气室7与第一气室4合并成一个气室，空芯光纤5设在气室中。
所述的可调谐激光产生装置的优选实施例中，调谐控制器6以1x10-6Pa至1x106Pa的压力将惰性气体经所述进气口充入所述第二气室7。
所述的可调谐激光产生装置的优选实施例中，惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气或氙气等单原子气体。
所述的可调谐激光产生装置的优选实施例中，调谐控制器6的波长调谐范围为7nm至400nm。
所述的可调谐激光产生装置的优选实施例中，空芯光纤5包括石英毛细管、石英微结构空芯光纤5、金属毛细管、晶体毛细管、多组分软玻璃毛细管或多组分软玻璃微结构空芯光纤5，所述空芯光纤5的纤芯直径为5μm-2000μm，光纤的长度为1mm-20m。优选地，光纤的长度为10mm-1m。
所述的可调谐激光产生装置的优选实施例中，石英微结构空芯光纤5包括光子带隙空芯光纤5和反谐振空芯光纤5。
所述的可调谐激光产生装置的优选实施例中，所述第一光学窗口和/或第二光学窗口由石英、宝石、陶瓷或晶体材料制成。
所述的可调谐激光产生装置的优选实施例中，所述第二光学窗口连通用于检测所述可调谐激光的检测单元8。
所述的可调谐激光产生装置的优选实施例中，所述第二光学窗口连通用于调节所述可调谐激光的调节单元。
如图2所示，一种基于所述可调谐激光产生装置的产生方法包括以下步骤，
飞秒级脉冲激光经由第一反射镜1和第二反射镜2反射通过耦合器3，
调谐控制器6以预定压力将预定气体经所述进气口充入所述第二气室7，所述气体填充进入所述空芯光纤5，
通过耦合器3的所述脉冲激光经由所述的第一气室4进入填充有所述气体的空芯光纤5中以产生所调谐波长的激光。
工业实用性
本发明所述的可调谐激光产生装置及产生方法可以在激光制造并使用。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种可调谐激光产生装置，其包括，
第一反射镜，其配置成反射飞秒级脉冲激光；
第二反射镜，其接收来自第一反射镜的脉冲激光以将其反射通过耦合器，
耦合器，其配置成聚集和调节脉冲激光的光束直径，
第一气室，其包括朝向耦合器的第一侧和相对于所述第一侧的第二侧，第一侧设有用于入射所述脉冲激光的第一光学窗口，第二侧设有密封空芯光纤的密封组件，
空芯光纤，其包括第一端和相对于所述第一端的第二端，所述第一端穿过第二侧且密封容纳在第一气室中，第二端穿过第二气室且密封容纳在第二气室中，
第二气室，其包括设置在远离所述第二端一侧的第二光学窗口和用于输入气体的进气口，
调谐控制器，其设有用于测量气压的压力传感器和基于待调谐的激光波长调节气压的处理单元，其中，调谐控制器基于待调谐的激光波长以预定压力将惰性气体经所述进气口充入所述第二气室，所述惰性气体填充进入所述空芯光纤，所述脉冲激光经由所述的第一气室进入填充有所述惰性气体的空芯光纤中以产生所调谐波长的激光。
2.如权利要求1所述的可调谐激光产生装置，其中，可调谐激光产生装置设有多组级联的第一气室、空芯光纤和第二气室，气室之间由相同或不同种类的空芯光纤密封连接。
3.如权利要求1所述的可调谐激光产生装置，其中，第二气室与第一气室合并成一个气室，空芯光纤设在气室中。
4.如权利要求1所述的可调谐激光产生装置，其中，调谐控制器以1x10-6Pa至1x106Pa的压力将惰性气体经所述进气口充入所述第二气室。
5.如权利要求4所述的可调谐激光产生装置，其中，惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气或氙气。
6.如权利要求1所述的可调谐激光产生装置，其中，调谐控制器的波长调谐范围为7nm至400nm或2.5μm至8μm。
7.如权利要求1所述的可调谐激光产生装置，其中，空芯光纤包括石英毛细管、石英微结构空芯光纤、金属毛细管、晶体毛细管、多组分软玻璃毛细管或多组分软玻璃微结构空芯光纤，所述空芯光纤的纤芯直径为5μm-2000μm，光纤的长度为1mm-20m。
8.如权利要求7所述的可调谐激光产生装置，其中，石英微结构空芯光纤包括光子带隙型空芯光纤和反谐振型空芯光纤。
9.如权利要求1所述的可调谐激光产生装置，其中，所述第一光学窗口和/或第二光学窗口由陶瓷或晶体材料制成，所述晶体材料包括石英、宝石。
10.一种基于权利要求1-9中任一项所述可调谐激光产生装置的产生方法，其包括以下步骤，
飞秒级脉冲激光经由第一反射镜和第二反射镜反射通过耦合器，
调谐控制器以预定压力将惰性气体经所述进气口充入所述第二气室，所述气体填充进入所述空芯光纤，
通过耦合器的所述脉冲激光经由所述的第一气室进入填充有所述气体的空芯光纤中以产生所调谐波长的激光。
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