CN112965260B - 一种基于rgb三基色的超短脉冲白光的产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法，包括如下：将近红外强超短脉冲汇聚辐照在白光介质上，产生超连续谱；对超连续谱进行初步波长范围选择；对超连续谱进行准直；对准直后的超连续谱进行分光，获得红、绿、蓝三路基色脉冲光；对红、绿、蓝三路基色脉冲光分别进行中心波长和带宽选择，实现三路脉冲时间宽度和基色色度坐标控制；对红、绿、蓝三路基色超短脉冲进行脉冲间的延迟控制；对红、绿、蓝三基色超短脉冲分别进行功率控制，获得特定比例的红、绿、蓝三基色脉冲光光强；最后对红、绿、蓝三基色超短脉冲进行准直合束，实现红、绿、蓝三基色超短脉冲在时间及空间上的重合。

Description

一种基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法

技术领域

本发明涉及脉冲光源技术领域，更具体地，涉及一种基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法。

背景技术

白光光源一般指发出白色可见光的光源。传统的白光光源(如白炽灯、卤素灯、气体放电灯、荧光灯等)一般为连续辐射光源，其发光在时域上具有近似均匀分布的特征，因此辐射功率(亮度)往往较低，无法满足一些高亮度白光照明应用场合的技术需求。所以，提高白光光源辐射功率一直是白光光源技术领域的一个研究重点和热点。一般地，可通过提高连续白光光源激励强度的简单方法来提高白光光源的辐射功率，但这种方法依赖于激励源总功率的不断提升，并不具有高的应用经济性，且随功率的提升最终会遇到激励功率瓶颈，因此也不具有高的技术可持续性。

具有极高瞬时辐照功率的超短激光脉冲可诱导固体或气体产生强瞬时宽谱辐射的现象在近十年中引起了白光光源领域研究人员的广泛关注。具体地，强超短激光脉冲在透明晶体或气体中传播时，脉冲与材料间的强光学非线性作用可导致入射超短脉冲光谱的显著展宽，进而形成超连续谱发射。这种超短激光脉冲诱导产生的超连续谱兼具超宽光谱带宽及超短脉冲宽度双重优点，成为获得极高瞬时辐射功率白光的一种便捷途径。近年来，这种基于超短激光脉冲诱导超连续谱产生的白光光源在科研领域已获得广泛应用，其为需要高强度宽光谱光源作为探测或激发光的稳态或瞬态研究带来了极大便利。

值得注意的是，虽然超短激光脉冲诱导的覆盖可见光波段的超连续谱可产生近似“白光”的视觉效果，但这种“白光”效果往往是由于光束亮度过高导致探测器或眼睛的过曝(感光单元的响应达到饱和)而产生。也即，一般这种“白光”并非色度学上所严格定义的白光。事实上，超短激光脉冲激发的超连续谱具有高度非线性波长-光强依赖特性，在可见光波段光谱强度会随波长发生显著变化，因此在整个可见光波段自发产生的超连续谱难以恰好满足叠加成为白光所要求的特定光谱光强分布，也即这种具有一定随机性的波长-光强依赖关系并不能严格实现色度学所定义的白光(参考CIE 1931色度图中的颜色区域分布，白光处于色度图的中心区域，其中E点为等能白光点，其由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种基色脉冲光以相同的刺激光光通量混合而成)。如中国专利公开好号：CN107069408A，公开日：2017.08.18，公开了一种飞秒高功率超连续白光产生装置与方法，包括沿基频飞秒激光入射方向依次放置的第一微透镜阵列、第一4f系统、超连续白光产生介质、第二4f系统和第二微透镜阵列。飞秒激光通过第一微透镜阵列聚焦成多焦点阵列，经过第一4f系统入射到白光产生介质，并在介质内产生多条细丝，同时出射多束白光光源；多束白光经过第二4f系统和第二微透镜阵列后可整形为具有准高斯空间分布的高功率超连续白光。

另一方面，超连续谱在形成的过程中往往由于介质的色散及强的非线性作用而导致在时域上的显著展宽。对于飞秒(fs)脉冲诱导的宽带超连续谱，在未经压缩的情形下一般具有皮秒(ps)量级的时间宽度，也即超连续谱脉冲的时间宽度要显著宽于泵浦脉冲的宽度。此时，不同波长的光由于时间色散将分布在整个超连续谱脉冲的不同时间区域。因此，在时间维度上观察，这种带啁啾的可见光波段超连续谱并非是由不同颜色光同时叠加而成的白光波包——事实上，在时间分辨率足够高的探测条件下，可观察到可见光波段超连续谱在时域形成的色散彩虹，而非白光。虽然带啁啾的超连续谱脉冲可通过一定的技术手段进行压缩而获得脉冲宽度更小、亮度更高的近似无啁啾超连续谱超短脉冲，但由于上述光谱强度分布的问题，这种压缩后的超连续谱超短脉冲往往也并非符合色度学定义的白光脉冲。简而言之，现有技术的超短激光脉冲直接激发的超连续谱一般并不能认为是色度学严格定义的白光。

发明内容

本发明针对现有技术产生的超短脉冲超连续谱并非色度学上严格定义的白光的问题，提出一种基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法，其通过RGB三基色超短脉冲在时域和空域上的叠加，可获得满足色度学RGB三基色定义的特定超短脉冲白光，且脉冲宽度在亚ps量级。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法，所述的方法如下：

S1：将近红外强超短脉冲汇聚辐照在白光介质上，产生超连续谱；

S2：对产生的超连续谱进行初步波长范围选择，滤除近红外波段，剩余可见光波段；

S3：对经初步波长范围选择的超连续谱进行准直；

S4：对准直后的超连续谱进行分光，获得红、绿、蓝三路基色脉冲光；

S5：对红、绿、蓝三路基色脉冲光进行中心波长和带宽选择，实现对三路基色脉冲时间宽度和基色色度坐标的控制，从而获得具有亚ps且时间宽度相近的红、绿、蓝三基色超短脉冲及扩展的三基色色域空间；

S6：对红、绿、蓝三路基色超短脉冲进行脉冲间的延迟控制，实现三路基色脉冲时间零点一致；

S7：对红、绿、蓝三基色超短脉冲分别进行功率调节，实现对各路基色超短脉冲功率的控制，获得特定比例的红、绿、蓝三基色脉冲光光强；

S8：最后对红、绿、蓝三基色超短脉冲进行准直合束，实现红、绿、蓝三基色超短脉冲在时间及空间上的重合。

优选地，所述的近红外强超短脉冲的单脉冲能量应超过该超短脉冲在白光介质中传播的自聚焦能量阈值，也即该超短脉冲在白光介质传播过程中可产生自聚焦进而演化到光丝传播的状态，从而产生超连续谱。

进一步地，所述的白光介质的厚度应使强超短脉冲在白光介质传播过程中能充分自聚焦演化到稳定光丝传播状态。

再进一步地，所述的汇聚辐照在白光介质上的近红外强超短脉冲的功率密度应低于白光介质的激光破坏阈值，且依据汇聚的超短脉冲功率密度，白光介质应放置在汇聚焦点前一定范围内的离焦位置，使该处激光功率密度低于白光介质的激光破坏阈值，但仍能在白光介质内产生显著自聚焦成丝而形成超连续谱。

再进一步地，步骤S2，采用红外截止滤波片实现波长范围的选择，所述的红外截止滤光片的截止波长需短于所使用近红外超短脉冲激光的波长。

再进一步地，步骤S3，可采用消色差透镜或离轴抛物面镜实现准直，所述的消色差透镜或离轴抛物面镜的数值孔径大于超连续谱发射光锥的数值孔径，以实现对超连续谱的完整收集；所述的消色差透镜或离轴抛物面镜应沿光轴居中放置在距离白光介质后表面的1倍焦距处，通过前后微调轴向位置实现超连续谱在较远距离的准直传播。

再进一步地，步骤S4，可采用分束二向色镜实现分光，所述的分束二向色镜组包括第一二向色镜、第二二向色镜；所述的第一片二向色镜反射RGB三基色中的一基色波段，透射RGB三基色中剩余两基色波段；所述的第二片二向色镜反射剩余两基色中的一基色波段，透射剩余两基色中的另一基色波段。

再进一步地，步骤S4，也可采用RGB分束棱镜实现分光，所述的RGB分束棱镜把入射的超连续谱按RGB三基色的三个基色波段分别沿不同方向出射，实现直接的RGB三基色分光。

再进一步地，步骤S8，可采用RGB合束棱镜作为合束元件，辅以高反镜组调节各光束的传播方向，将红、绿、蓝三基色超短脉冲分别沿设定传播方向及空间位置射入RGB合束棱镜实现准直合束。

再进一步地，可采用合束二向色镜组替换所述的RGB合束棱镜，实现准直合束。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明对覆盖或基本覆盖可见光波段的超短脉冲超连续谱进行红、绿、蓝三基色分光，得到符合色度学三基色原理的、具有相近频谱宽度的三路基色脉冲光，再通过对三路基色脉冲光进行中心波长及带宽选取，获得亚ps且相近的脉冲时间宽度，进行精确的光强调节获得特定白光或色光的三基色脉冲光光强比例，进行精确的时延调整及准直合束获得三基色超短脉冲在时间及空间上的重合，从而使产生的白光严格符合色度学上的RGB三基色原理。因此相较于超短脉冲直接产生的、不基于RGB三基色的超连续谱白光，本发明方法产生的超短脉冲白光更易于与目前广泛应用在各种光电设备及器件中的RGB三基色技术相匹配，应用过程中在获得极高峰值亮度和超快时间分辨率等显著优点的同时不需对基于RGB三基色技术的设备系统进行大的技术方案调整。也即，对目前光电领域所广泛应用的RGB三基色技术而言，本发明实现的超短脉冲白光比传统脉冲激光直接诱导的超连续谱白光具有更高的技术兼容性和友好性。

附图说明

图1是本实施例产生超短脉冲白光的光路系统。

图中，1-平凸透镜；2-白光晶体；3-红外截止滤光片；4-消色差透镜；5-1第一二向色镜；5-2-第二二向色镜；6-1、6-2、6-3-带通滤光片；7-1、7-2、7-3-中性滤光片；8-1、8-2、8-3-延迟线；9-RGB合束棱镜、10-高反镜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法，所述的方法如下：

S1：将近红外强超短脉冲通过平凸透镜1汇聚辐照在白光介质2上，产生覆盖或基本覆盖可见光波段的超连续谱；本实施例也可以采用凹面反射镜或离轴抛物面镜实现将近红外强超短脉冲汇聚辐照在白光介质上。所述的白光介质可以是白光晶体，也可以是其它白光非晶体及白光液体，本实施例以白光晶体为例进行详细说明。

S2：将产生的超连续谱通过红外截止滤光片3进行初步波长范围选择，滤除近红外波段，剩余可见光波段；

S3：经初步波长范围选择的超连续谱通过消色差透镜4实现准直；本实施例也可以采用离轴抛物面镜实现超连续谱的准直；

S4：将准直后的超连续谱通过二向色镜组5进行分光，获得红(R)、绿(G)、蓝(B)三路基色脉冲光；

S5：将红、绿、蓝三路基色脉冲光分别通过对应红、绿、蓝波段特定中心波长且具有相近带宽的带通滤光片6，实现对三路基色脉冲时间宽度和基色色度坐标的控制，从而获得具有亚ps且时间宽度相近的红、绿、蓝三基色超短脉冲及扩展的三基色色域空间；

S6：将红、绿、蓝三路基色超短脉冲分别通过延迟线8进行三路脉冲间的精确延迟控制，实现三路脉冲时间零点一致；

S7：将红、绿、蓝三路基色超短脉冲分别通过具有特定透过率的中性滤光片7进行功率调节，实现各路基色超短脉冲功率的精确控制，获得特定的红、绿、蓝三基色脉冲光光强比例；

S8：最后将红、绿、蓝三路基色超短脉冲通过RGB合束棱镜9进行准直合束，实现红、绿、蓝三基色超短脉冲在时间及空间上的重合。

在一个具体的实施例中，采用飞秒激光(参数：800nm中心波长，2mJ单脉冲能量，50fs脉冲宽度，1KHz重复频率；在下文中也称为泵浦激光)输出的近红外强超短脉冲经平凸透镜1汇聚垂直辐照在白光晶体2的表面。本实施例所述的2mJ单脉冲能量已远超该超短脉冲在白光晶体2中传播的自聚焦能量阈值，因此该超短脉冲在白光晶体2传播可自聚焦演化到光丝传播状态而产生超连续谱。原则上，以自聚焦能量阈值作为单脉冲能量的下限，以激光器输出最大单脉冲能量作为单脉冲能量的上限，本实施例所述的单脉冲能量可在能量下限与能量上限之间调整。所述的平凸透镜1的焦距为25cm，其对上述单脉冲能量范围的超短脉冲诱导超连续谱产生具有较高适用性。原则上，在平衡超连续谱产生效果和光路设置实用性两方面因素前提下，本实施例所述的平凸透镜1焦距值可在一定范围内调整。所述的白光晶体的厚度应使强超短脉冲在白光晶体传播过程中能充分自聚焦演化到稳定光丝传播状态。与上述2mJ单脉冲能量相对应，本实施例为避免白光晶体2被强超短脉冲直接诱导破坏，白光晶体2前表面放置在平凸透镜1焦点前2.5cm处，也即处于显著离焦状态。事实上，这里2.5cm的白光晶体离焦值是平衡材料强光破坏特性和超连续谱产生效果两方面因素后所选取的一个适中值；确保离焦处激光功率密度低于白光晶体的激光破坏阈值(如在上述单脉冲能量及焦距条件下，离焦1cm设置下的激光功率密度接近石英晶体激光破坏阈值)，且离焦处光束能在白光晶体厚度范围内自聚焦成丝形成良好超连续谱两个条件下，上述白光晶体离焦值可在这两个限定条件所对应的离焦值内调整。原则上，在这个允许的离焦范围内减小离焦距离，将使激光功率密度趋近白光晶体的激光破坏阈值，这时成丝更易于发生(光束在白光晶体中传输更短距离便可演化到光丝传播状态)，且超连续谱往往具有更高的初始亮度及更大的初始谱宽，但同时白光晶体在超短脉冲辐照下更易于老化——超连续谱亮度及谱宽随时间衰减更快，也更易于被强光破坏；在这个允许的离焦范围内增加离焦距离，将使激光功率密度远离白光晶体的激光破坏阈值，这时成丝更难于发生(光束在白光晶体中传输更长距离才可演化到光丝传播状态)，因此需要更大的白光晶体厚度才能确保光束自聚焦演化成光丝，但同时白光晶体在超短脉冲辐照下也更不易于老化，且被强光破坏的风险也越小。由于上述单脉冲能量远超过超短脉冲在该白光晶体2产生自聚的能量阈值，离焦入射到白光晶体2的超短脉冲由于光克尔效应将产生强的自聚焦，在白光晶体2内传播过程中逐渐汇聚，使功率密度逐渐升高，最终达到成丝阈值而演化到光丝传播的状态(由于输入单脉冲能量非常高，远高于单丝能承受的能量，这里超短脉冲最终将自组织演化为多丝传播状态)。事实上，超短激光脉冲在介质中传播形成光丝后，将由于自相位调制、交叉相位调制、四波混频、受激拉曼散射等机制，产生显著的波长展宽，也即形成超连续谱。一般而言，超连续谱频谱展宽程度与白光晶体2中光丝传播距离有很大关联性，因此令白光晶体2有足够的厚度(在上述单脉冲能量及焦距条件下，白光晶体2的厚度建议>3mm，但若白光晶体2过厚，光丝将由于损耗逐渐衰弱至湮灭，此时超连续谱展宽将达到饱和，且由于在晶体中传播距离变长而导致强度减弱，因此白光晶体2的厚度不建议>10mm)，使光丝在晶体中得到充分的延伸传播，进而使光丝脉冲波包产生足够的非线性波长演化及展宽，便可得到覆盖或基本覆盖可见光波段的高功率超连续谱。

在一个具体的实施例中，一般而言，覆盖或基本覆盖可见光波段的、近红外超短脉冲诱导的超连续谱同时也具有较宽的近红外波段光谱成分。对基于RGB三基色的白光应用而言，超连续谱中近红外波段的光谱能量并没有实质性的作用，且超连续谱中近红外波段还包含泵浦激光的残余功率，其往往仍具有较高峰值功率，对光路后续元件有造成损伤的风险。因此，超连续谱出射白光晶体后，通过一片截止波长短于泵浦激光波长的近红外截止滤光片3，以滤除超连续谱中包含的泵浦激光残余功率，保护光路后续元件不被强残余泵浦激光辐照损伤。本实施例所述的近红外截止滤光片3为具有较高激光损伤阈值的介质膜滤光片，其截止波长为700nm，可滤除超连续谱中包含泵浦激光残余的近红外波段光谱能量。另外，近红外截止滤光片3应尽可能远离白光晶体，以尽量降低其被残余泵浦激光诱导损伤的风险。

在一个具体的实施例中，超连续谱从白光晶体2出射后形成发散的光锥，且由于其具有极宽的光谱带宽(产生本实施例RGB白光所需的超连续谱带宽应包含较完整可见光波段)，因此通过消色差透镜4来实现准直。为实现对超连续谱发射光锥的完整收集，所述的消色差透镜的数值孔径需大于超连续谱发射光锥的数值孔径。本实施例所述的消色差透镜4的焦距为3.5cm，孔径直径为25.4cm，其数值孔径可实现对超连续谱发射光锥的完整收集。本实施例将消色差透镜4沿光轴居中放置在距离白光晶体后表面1倍焦距处，通过前后微调轴向位置实现超连续谱在较远距离的准直传播。原则上，在满足透镜数值孔径大于发射光锥数值孔径条件下，本实施例所述的消色差透镜4焦距值可在一定范围内调整。本实施例还可以采用离轴抛物面镜替代所述的消色差透镜4实现准直。

在一个具体的实施例中，本实施例通过分束二向色镜组5对可见光波段超连续谱进行红、绿、蓝三基色分光，得到具有相近频谱宽度的三路基色脉冲光。这是进行进一步中心波长(色域坐标)、频谱宽度(脉冲宽度)及零点时延操作的基础。具体地，所述的分束二向色镜组包括第一二向色镜5-1、第二二向色镜5-2；所述的第一片二向色镜5-1反射蓝光波段(波长范围400-500nm)，透射剩余可见光波段；所述的第二片二向色镜5-2反射绿光波段(波长范围500-600nm)，透射红光波段(波长范围600-700nm)。本实施例可以通过改变分束二向色镜组两片二向色镜的透反波长配置，实现红、绿、蓝三基色分光顺序的调整。

其中，第一二向色镜5-1、第二二向色镜5-2均与入射光呈45度夹角(二向色镜设计入射角)，以保证透射及反射波段波长范围的准确性。

本实施例也可采用RGB分束棱镜实现分光，所述的RGB分束棱镜把入射的超连续谱按RGB三基色的三个基色波段分别沿不同方向出射，实现直接的RGB三基色分光。

在一个具体的实施例中，强超短脉冲诱导超连续谱产生过程中由于强非线性效应导致的色散会使超连续谱脉冲具有远大于泵浦脉冲的ps量级的时间宽度。本实施例，通过对红、绿、蓝三路基色脉冲光的中心波长及带宽的选择，可实现对红、绿、蓝三路基色脉冲光时间宽度的显著压缩，获得亚ps且时间宽度相近的红、绿、蓝三路基色超短脉冲。例如，红、绿、蓝三路基色脉冲光分别通过650nm(R路)、540nm(G路)、450nm(B路)中心波长的25nm带宽带通滤光片6，可以得到脉冲宽度接近500fs的三路基色脉冲。若保持上述三路基色脉冲光的中心波长配置，而带通滤光片6的带宽调整为10nm，则可得到脉冲宽度接近200fs的三路基色脉冲。另一方面，红、绿、蓝三路基色脉冲光的中心波长及其带宽决定了RGB三基色的色域。因此，通过调节红、绿、蓝三路基色脉冲光的中心波长及带宽，红、绿、蓝三基色的色域空间可得到灵活调整及尽可能的扩展。

首先，经带通滤光片6滤光后，RGB三路基色脉冲光具有更纯的颜色(颜色饱和度更高)，其在色度图中的坐标也更趋向边界。如上述三路中心波长为650nm、540nm、450nm的窄带基色脉冲光可近似认为对应于色度图中马蹄铁线上这些波长的光谱色，相互连线便可明确得到该三基色所能呈现的色域空间。由于光谱色处于色度图的边界上，所以越纯(接近光谱色)的三基色，也即越窄带的三基色，能得到越大的色域空间。值得注意的是，由超短脉冲的时间带宽积关系可知，RGB三基色带宽过窄又会导致三基色脉冲的时间宽度展宽(本实施例采用3nm以下带宽的带通滤光片可观察到三基色脉冲的展宽现象)。另外，带通滤光片6对入射宽带RGB基色脉冲光的光强透过率是决定超连续谱光强利用率的最重要因素。一般而言，带通滤光片6的带宽越窄，透过率越低。因此，减小带通滤光片的带宽将导致整个系统的光强利用率降低。

在一个具体的实施例中，红、绿、蓝三路基色超短脉冲需保证时间零点的一致，才能在空间共点后实现真正的RGB三基色混合。由于三路基色超短脉冲具有100fs量级的脉冲宽度，其时间零点共点调节需在高精度延迟线8(具有微米级位移精度，可实现10fs以下的时延精度)上完成。如图1所示，红、绿、蓝三路基色超短脉冲均配有一条延迟线，通过精确调节每两路基色超短脉冲的时间零点共点，便可实现三路基色超短脉冲时间零点的一致。事实上，三路延迟线8减少其中一路，同样可以完成三路脉冲时间零点的共点调节。每一条延迟线8的入射光与出射光传播方向均应与延迟线运动方向平行，以确保调节时延的过程中出射光传播方向不变。另外，在特定应用场合，也可以通过三路延迟线8调节各路脉冲的相对时延处于特定值，也即让R、G、B三路基色超短脉冲处于具有一定精确时延而非时间零点一致的状态，以满足需要RGB三基色超短脉冲处于特定时延的应用需求。

在一个具体的实施例中，对于RGB三基色混合而言，三基色的光强比例将决定最终呈现的时空共点混合光的颜色特性。因此，对红、绿、蓝三路基色超短脉冲的光强精确控制是实现三基色混合颜色精确控制的关键。本实施例中，将红、绿、蓝三路基色超短脉冲分别通过具有特定透过率的中性滤光片7，进行各路基色超短脉冲光强的精确控制，获得特定的红、绿、蓝三基色脉冲光光强比例，从而实现具有特定的、准确色度坐标的三基色混合白光或色光。例如，

1)对于上述中心波长分别为650nm(R路)、540nm(G路)、450nm(B路)，带宽为10nm的三路RGB基色脉冲光，其光强比例为1.000:0.390:0.273(R:G:B)的条件下混合得到的颜色光的CIE 1931色度坐标为(0.33，0.33，0.33)，也即可混合实现CIE规定的等能白光(CIE1931色度图中的E点)。

2)对于与1)同样中心波长和带宽的三路RGB基色脉冲光，其光强比例为1.000:0.444:0.356的条件下混合得到的颜色光的CIE 1931色度坐标为(0.31，0.32，0.37)，也即可混合实现CIE规定的标准日光白光(CIE 1931色度图中的C点)。

3)对于中心波长分别为680nm(R路)、520nm(G路)、420nm(B路)，带宽为10nm的三路RGB基色脉冲光(比1)和2)的情形具有更宽的三基色色域)，其光强比例为1.000:0.064:0.089的条件下混合得到的颜色光的CIE 1931色度坐标为(0.33，0.33，0.33)，也即同样可混合实现CIE规定的等能白光(CIE1931色度图中的E点)。

4)对于与3)同样中心波长和带宽的三路RGB基色脉冲光，其光强比例为1.000:0.072:0.116的条件下混合得到的颜色光的CIE 1931色度坐标为(0.31，0.32，0.37)，也即同样可混合实现CIE规定的标准日光白光(CIE 1931色度图中的C点)。

5)对于与3)同样中心波长和带宽的三路RGB基色脉冲光，其光强比例为1.000:0.100:1.000的条件下混合得到的颜色光的CIE 1931色度坐标为(0.20，0.10，0.70)，也即可混合实现CIE规定的蓝紫色光(CIE 1931色度图中的bluishpurple颜色区域)。

6)对于与3)同样中心波长和带宽的三路RGB基色脉冲光，其光强比例为0.000:1.000:0.000的条件下得到的颜色光的CIE 1931色度坐标为(0.07，0.83，0.09)，其处于CIE1931色度图马蹄线520nm波长处，也即对应CIE规定的520nm波长黄绿(CIE 1931色度图中的yellowish green颜色区域)光谱色光。

在一个具体的实施例中，要实现R、G、B三基色超短脉冲的共点混合，除了要确保其时间零点的一致，还需确保其在空间上的重合，即应使RGB三基色脉冲光束良好合束(光束空间位置及传播方向均一致)，且在较远传播距离能保持这种合束的状态。如图1所示，红、绿、蓝三基色合束是通过一个RGB合束棱镜9来实现。由于RGB合束棱镜9只有位置及朝向两调节维度，RGB三基色的良好合束需辅以高反镜10(安装在高精度光学调节架上)的精密方向调节来完成。具体地，一般可先调节距离RGB合束棱镜9较远的高反镜10，使RGB三基色脉冲光束在合束棱镜出射端共束，也即调节各路光束在RGB合束棱镜9出射端空间位置的一致；然后，再调节最靠近RGB合束棱镜9的高反镜10，使RGB三基色脉冲光束出射合束棱镜后在远端共束，也即调节各路光束传播方向的一致。由于远端的共束调节往往会导致近端共束状态变差，而近端的共束调节往往又会导致远端共束状态变差，因此上述两步调节应交替进行，直至达到RGB三基色在近端及远端均合束良好的状态。

本实施例也可采用合束二向色镜组替换所述的RGB合束棱镜，实现准直合束。

通过以上步骤，本实施例实现的基于RGB三基色的超短脉冲白光在时域上具有亚ps超短脉冲的时间特性，因此可实现具有超高瞬时辐照亮度和超快时间分辨能力的RGB三基色白光照明。相较于目前主流的主动(如OLED技术)或被动(如LCD技术)式RGB三基色白光光源的极限辐照亮度和响应速度，本实施例实现的超短脉冲白光光源的极限辐照亮度和响应速度均得到显著提升。因此，本实施例可为提升各类RGB三基色器件的辐照亮度和响应速度提供巨大的技术空间，进而可为超快成像、超快显示、超快信息处理、超快泵浦探测等超快科学前沿领域提供基于RGB三基色原理的新技术路径。

本实施例实现的基于RGB三基色的超短脉冲白光光源可通过调节三路基色脉冲光的光强比例，进一步扩展为可输出符合色度学三基色原理的、在RGB三基色色域内的任意颜色超短脉冲色光光源。对比而言，超短脉冲直接产生的、不基于RGB三基色的超连续谱白光的实际色度学颜色由其光谱所决定，与其产生过程中的激光特性和辐照条件以及白光介质类型和厚度等众多因素有直接关联，并不易于控制。虽然超连续谱白光可通过色散分光或带通滤光片等技术手段获得具有特定中心波长的窄带脉冲色光，但这种色光的颜色应归属为色度学上定义的光谱色，也即色度图马蹄铁线所呈现的光谱轨迹上的颜色。也即，这种超连续谱白光单波长选择的方法并不能获得色度图中的绝大部分颜色。相较于超连续谱白光单波长选择的色光，本实施例实现的基于RGB三基色的超短脉冲色光可呈现RGB三基色色域内的任意颜色，色彩空间得到了很大扩展，因此具有更为丰富的色彩表现。另外，通过调节RGB三路基色脉冲光的中心波长及带宽，RGB三基色的色域空间可得到灵活调整及尽可能的扩展。因此，本实施例方法也为色域空间的操作提供了灵活便捷的技术路径。

本实施例基于RGB三基色的超短脉冲白光可实现对脉冲白光在时间维度上的灵活操纵，使RGB三基色概念在时间维度上得到推广。也即，RGB三基色的时间及空间维度均可作为调节或调制的参量，因此具有更为丰富的调制空间。首先，在RGB三基色超短脉冲白光的时间特性方面，RGB三路基色超短脉冲的时间宽度由超连续谱的色散特性及各基色脉冲带宽所决定，因此通过调整RGB三基色滤光片的带宽，合成的超短脉冲白光的脉冲宽度将可在一定范围内得到调整。其次，在RGB三基色超短脉冲白光的探测方面，对于RGB三基色在时间及空间维度都重合的超短脉冲白光或色光，不同时间及空间分辨率的彩色探测器将探测到同样颜色的脉冲。但对于RGB三基色在时间维度不重合而空间维度重合的情形，若彩色探测器的时间分辨率足够高，将观察到RGB三路基色各自的颜色，而非三路基色合成的颜色。值得注意的是，RGB三路基色超短脉冲处于特定时延状态而非共时状态时，用三路基色进行某种探测或观察呈现的将是各自脉冲时刻的图像。简而言之，RGB三基色超短脉冲白光可呈现比传统长脉冲或连续白光更为丰富的、在超快时间尺度的操纵特性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法，其特征在于：所述的方法如下：

S1：将近红外强超短脉冲汇聚辐照在白光介质上，产生超连续谱；

S2：对产生的超连续谱进行初步波长范围选择，滤除近红外波段，剩余可见光波段；

S3：对经初步波长范围选择的超连续谱进行准直；

S4：对准直后的超连续谱进行分光，获得红、绿、蓝三路基色脉冲光；

S5：对红、绿、蓝三路基色脉冲光进行中心波长和带宽选择，实现对三路基色脉冲时间宽度和基色色度坐标的控制，从而获得具有亚ps且时间宽度相近的红、绿、蓝三基色超短脉冲及扩展的三基色色域空间；

S6：对红、绿、蓝三路基色超短脉冲进行脉冲间的延迟控制，实现三路基色脉冲时间零点一致；

S7：对红、绿、蓝三路基色超短脉冲分别进行功率调节，实现对各路基色超短脉冲功率的控制，获得特定比例的红、绿、蓝三基色脉冲光光强；

S8：最后对红、绿、蓝三基色超短脉冲进行准直合束，实现红、绿、蓝三基色超短脉冲在时间及空间上的重合。

2.根据权利要求1所述的基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法，其特征在于：所述的近红外强超短脉冲的单脉冲能量应超过该超短脉冲在白光介质中传播的自聚焦能量阈值，也即该超短脉冲在白光介质传播过程中可产生自聚焦进而演化到光丝传播的状态，从而产生超连续谱。

3.根据权利要求2所述的基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法，其特征在于：所述的白光介质的厚度应使强超短脉冲在白光介质传播过程中能充分自聚焦演化到稳定光丝传播状态。

4.根据权利要求3所述的基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法，其特征在于：所述的汇聚辐照在白光介质上的近红外强超短脉冲的功率密度应低于白光介质的激光破坏阈值，且依据汇聚的超短脉冲功率密度，白光介质应放置在汇聚焦点前一定范围内的离焦位置，使该处激光功率密度低于白光介质的激光破坏阈值，但仍能在白光介质内产生显著自聚焦成丝而形成超连续谱。

5.根据权利要求4所述的基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法，其特征在于：步骤S2，采用红外截止滤波片实现波长范围的选择，所述的红外截止滤光片的截止波长需短于所使用近红外超短脉冲激光的波长。

6.根据权利要求5所述的基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法，其特征在于：步骤S3，可采用消色差透镜或离轴抛物面镜实现准直，所述的消色差透镜或离轴抛物面镜的数值孔径应大于超连续谱发射光锥的数值孔径，以实现对超连续谱的完整收集；所述的消色差透镜或离轴抛物面镜应沿光轴居中放置在距离白光介质后表面1倍焦距处，通过前后微调轴向位置实现超连续谱在较远距离的准直传播。

7.根据权利要求6所述的基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法，其特征在于：步骤S4，可采用分束二向色镜组实现分光，所述的分束二向色镜组包括第一片二向色镜、第二片二向色镜；所述的第一片二向色镜反射RGB三基色中的一基色波段，透射RGB三基色中剩余两基色波段；所述的第二片二向色镜反射剩余两基色中的一基色波段，透射剩余两基色中的另一基色波段。

8.根据权利要求6所述的基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法，其特征在于：步骤S4，也可采用RGB分束棱镜实现分光，所述的RGB分束棱镜把入射的超连续谱按RGB三基色的三个基色波段分别沿不同方向出射，实现直接的RGB三基色分光。

9.根据权利要求7或8任一项所述的基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法，其特征在于：步骤S8，可采用RGB合束棱镜作为合束元件，辅以高反镜组调节各光束的传播方向，将红、绿、蓝三基色超短脉冲分别沿设定传播方向及空间位置射入RGB合束棱镜实现准直合束。

10.根据权利要求9所述的基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法，其特征在于：可采用合束二向色镜组替换所述的RGB合束棱镜，实现准直合束。

Images