CN1145243C - 四色飞秒激光扩谱分束定向装置 - Google Patents

Abstract

该装置包括布氏弥散补偿棱镜P₁、P₂和P₃、双孔光阑S₁、S₂及输出耦合器M_4.1和M_4.2等七个光学部件，它置于由折叠镜M₁、M₂、激光晶体Ti:s和反射镜M₃、M₅构成的谐振腔内，可将交叉泵浦光束产生的一路激光脉冲通过分束棱镜进行光谱展宽后，再通过光阑由输出耦合器发射出去，得到稳定的四色飞秒激光输出。

Description

四色飞秒激光扩谱分束定向装置

本发明内容属于固体飞秒激光器技术领域，涉及一种四波长超短脉冲激光器扩谱分束定向装置的建立。

目前，多波长飞秒激光技术的发展几乎都依赖于对宽调谐固体激光材料的研究，以及在激光谐振腔中采用何种技术形成多色光路交叉锁模以稳定地产生多列激光脉冲序列，像掺钛兰宝石激光器、掺铬氟化铝锶锂激光器等都有从650nm至1000nm的很宽的调谐范围，产生波长在700nm至900nm的飞秒光脉冲。但随着科学技术的迅速发展，单脉冲序列的超短脉冲激光器在许多方面的应用受到了相当大的限制，甚至在一些交叉前沿学科领域中无能为力，如在多激发态光谱学、程控探测辐射与非辐射荧光动力学以及选择性生化反应等研究方面就需要有三色甚至四色独立调谐的超短脉冲激光器作为诊断手段，才能完成信息量的获得。现有的光学参量振荡器只能够产生双色及三色的光脉冲输出，其结构庞大、造价高且不能独立调谐，很难胜任对当前诸多学科课题的研究，而四色飞秒激光则是用目前公知的其它方法所根本不能产生的。

本发明的目的在于设计一种结构相对简单、造价低、可独立调谐以获得四色飞秒光脉冲输出的四色飞秒激光扩谱分束定向装置。

用于实现本发明目的的总体设计思路是：在掺钛兰宝石飞秒激光器的谐振腔内，利用弥散补偿棱镜将交叉泵浦光束产生的一路激光脉冲通过分束棱镜线进行光谱展宽，成为一按波长长短递减分布的带状光束，只要在输出端加以四狭缝，同时满足四光束振荡交叉锁模条件，即可得到四色飞秒光脉冲输出。根据上述思路而设计的技术装置的结构特征是：在由两只凹面反射折叠镜、一块内置钛宝石激光晶体和两只反射镜构成的X型或Z型激光谐振腔内置有三块布氏弥散补偿棱镜、两块双孔光阑以及两只光透过率为2～3％的输出耦合器，三块布氏棱镜中的第一块为分束展宽光谱棱镜，它置于由折叠镜光射至反射镜的反射光路上，由该布氏棱镜分束传播出的两束宽带光谱束分别射至另两块布氏棱镜上，由两棱镜传播出的光束分别经两双孔光阑后射至两输出耦合器。

以下将结合文后附图对本发明内容作进一步说明，该附图为本发明所述装置的光学结构原理图。

参见附图，本发明所述四色飞秒激光扩谱分束定向装置包括布氏弥散补偿棱镜P₁、P₂和P₃、双孔光阑S₁、S₂以及输出耦合器M_4.1和M_4.2等七个光学部件，其中棱镜P₁分别与另两块棱镜P₂和P₃组成弥散补偿同步四波长脉冲棱镜序列，它们均由SF10玻璃材料或石英材料制成，输出耦合器M_4.1和M_4.2为由K₉玻璃或石英玻璃加工制成的镜体，其上镀有透过率为2～3％的激光硬膜。实施中，将该装置置于一般的由凹面反射折叠镜M₁、M₂、钛宝石激光晶体Ti:s和反射镜M₃、M₅构成的X型或Z型激光谐振腔内，经过准直调节，即成为四色飞秒激光器。其工作原理是：用双束氩激光交叉泵浦(Rump beams)，经透镜L聚焦进钛宝石激光晶体Ti:s内，晶体发射出的荧光经折叠镜M₁、M₂收集，分别反射到反射镜M₃、M₅上(有时为了整机易于准直统调，将M₃分为两片，分别对二光束调试)，经M₃反射的激光束传播到布氏棱镜P₁上，泵浦光束1的谐振腔存在的荧光由P₁传播到P₂上，分成两束通过光阑S₁，由输出耦合器M_4.1有2～3％的光输出，其余97～98％的光反射回谐振腔内，再多次增益放大；泵浦光束2的谐振腔存在的荧光由P₁传播到P₃上，再通过光阑S₂打在耦合器M_4.2上，由输出耦合器M_4.2有2～3％的光输出，同样将有97～98％的光反射回谐振腔内，再多次增益放大。当增加泵浦功率到阈值附近时，在谐振腔内有四束激光来回传播，并经输出器发射出四色飞秒激光脉冲。这时应控制激光增益分配，平衡自相位调制和群速弥散，调节两腔长相等，就会有稳定的四色飞秒激光输出。

将本发明所述的四色飞秒激光扩谱分束定向装置放于谐振腔中，激光器其它元件的选择与使用应根据需求和腔型结构而异。整个激光器元件组装以后，只要在腔内进行增益分配，改变两束泵浦光的强度比例并进行腔内弥散量补偿，使两个谐振腔的腔长相匹配，就会获得满意的四色飞秒激光器运转，该激光器可产生小于40fs的中心波长处于750nm到850nm的光脉冲。

实施结构中，为了调试方便起见，布氏弥散补偿棱镜也可采用四块，即用两块并行放置的同材质布氏弥散补偿棱镜替代分束展宽光谱棱镜P₁。

Claims (3)

1、一种四色飞秒激光扩谱分束定向装置，其特征是在由两只凹面反射折叠镜(M₁、M₂)、一块内置钛宝石激光晶体(Ti:s)和两只反射镜(M₃、M₅)构成的X型或Z型激光谐振腔内置有三块布氏弥散补偿棱镜(P₁、P₂、P₃)、两块双孔光阑(S₁、S₂)以及两只光透过率为2～3％的输出耦合器(M_4.1、M_4.2)，其中：一块布氏棱镜(P₁)为分束展宽光谱棱镜，它置于由折叠镜(M₂)光射至反射镜(M₃)的反射光路上，由该布氏棱镜(P₁)分束传播出的两束宽带光谱束分别射至另两块布氏棱镜(P₂、P₁)上，由两棱镜(P₂、P₃)传播出的光束分别经两双孔光阑(S₁、S₂)后射至两输出耦合器(M_4.1、M_4.2)上。

2、如权利要求1所述的四色飞秒激光扩谱分束定向装置，其特征在于三块布氏弥散补偿棱镜(P₁、P₂、P₃)均由SF10玻璃材料或石英材料制成，输出耦合器(M_4.1、M_4.2)为由K₉玻璃或石英玻璃加工制成的镜体，其上镀有透过率为2～3％的激光硬膜。

3、如权利要求1所述的四色飞秒激光扩谱分束定向装置，其特征在于所说的分束展宽光谱棱镜(P₁)可由两块并行放置的同材质布氏弥散补偿棱镜取代。

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