CN1560663A - 结合达曼光栅获得三束飞秒激光相干的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种结合达曼(Damann)光栅获得三束飞秒激光相干的方法。首先使用达曼光栅将由飞秒激光器输出的激光分束，分成等光强的几束光。然后根据需要选出其中的三束光，在其中的两束光光路中加入光路延迟。最后利用调节光路延迟，使得任意两束光相交在倍频晶体上时，均有二次谐波产生，确定了三束光两两相干。本发明方法能够在破坏阈值较高的材料上制备三维周期微结构；并能够通过调整各光束之间的夹角，可以实现不同周期微结构的制备。本发明可用于制备光子学器件以及纳米有序结构等。
Description
技术领域
本发明涉及一种三束飞秒激光相干光路的搭建方法，特别涉及一种结合达曼(Damann)光栅获得三束飞秒激光两两相干的方法。
背景技术
飞秒(10-15秒)激光超微细加工是当今世界激光、光电子行业中的一个极为引人注目的前沿研究方向。飞秒激光脉冲能在极短的时域，以极高的峰值功率与材料相互作用，可以极快地在激光照射部位注入能量，即使是热扩散较快的金属材料也能提高其加工精度。而且，通过多光子吸收，飞秒激光还能加工非线性吸收禁带宽的材料。
由于飞秒激光在整个脉冲宽度内都具有极好的相干性，因而当从同一光束分出的两束或两束以上的光束实现时间与空间上的相互叠加时将会产生周期调制的电磁场，将此周期调制的电磁场强传输到材料上，将会诱导出相关的微结构，例如光栅、光子晶体等。通过调整各相干光束之间的夹角，可以实现不同周期与尺度的制备。
利用三束相干的飞秒激光可以制备纳米尺度的三维微结构，在现有技术“通过多束激光相干在光聚树脂中制备三维光子晶体”(Appl.Phys.Lett.，76，2668，(2000)，)中，S.Shoji等使用达曼(Damann)光栅分光然后通过两面透镜获得三束光聚焦，但这一方法不能实现三束光在焦点处相干，因而相干光强较小，仅适合于在破坏阈值较低的材料如聚合物上制备微结构，不能在破坏阈值较高的材料上制备微结构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结合达曼光栅获得三束飞秒激光相干的方法，使得三束飞秒激光能够在焦点处实现干涉，从而可在破坏阈值较高的材料如玻璃、晶体等材料上制备周期微结构。
为实现上述目的，本发明提供一种结合达曼光栅获得三束飞秒激光相干的方法，其特点是包括下列步骤：
①.使用达曼光栅将飞秒激光器输出的激光分束；
②.根据需要选出其中的三束飞秒激光，并在光路中加入光路延迟；
③.使三束飞秒激光经过三个凸透镜聚焦到倍频晶体上，并调整光路延迟使其中任意两束飞秒激光会聚时均产生二次谐波，则该三束光两两相干。
上述具体做法的第①点，选用达曼光栅的原因是：达曼光栅这种衍射光学元件可以实现等强度分光而又有转换效率高的特点。
上述具体做法的第②点，在两束光路中加入光路延迟是为了使得三束光在时间和空间上相等，从而才能实现两两相干。
上述具体作法的第③点，三束光的相干通过肉眼不能直接观察到，使用倍频晶体可以通过二次谐波的产生来判定任意两束光是否相干。
所述步骤②是在三束飞秒激光中的两束光的光路中加入光路延迟。
所述步骤③中经凸透镜的任意两束飞秒激光会聚到倍频晶体上时，利用光学探测器探测其倍频频率，确定均有二次谐波产生。
所述的飞秒激光的参数为：脉宽50～120fs，波长400～800nm，脉冲频率1～1000Hz。
所述光路延迟是用反射镜实现。
利用本发明方法制备纳米尺度的三维微结构具有下列优点：
(1)能够在破坏阈值较高的材料上制备三维周期微结构；
(2)通过调整各光束之间的夹角，可以实现不同周期微结构的制备。
附图说明
图1为本发明结合达曼光栅获得三束飞秒激光相干的方法具体实施例的光路示意图。
具体实施方式
结合图1，用以下实施例对本发明结合达曼光栅获得三束飞秒激光相干的方法作进一步说明，以便于对本发明及其优点的理解。
将飞秒激光器输出的重复频率为1Hz，波长为800nm的飞秒激光入射到可将光强五等分的达曼光栅10进行分束，根据需要选出其中的三束飞秒激光，其中一束经反射镜21、22反射后经凸透镜41入射到倍频晶体50；在另两束的光路中加入光路延迟，即其中每束光经反射镜23(或24)、光路延迟31(或32)以及反射镜25(或26)后再经凸透镜42(或43)入射到倍频晶体50。所述光路延迟31、32均由两个反射镜组成，可调节使得三束光会聚时在时间和空间上相等。
调节光路使该三束飞秒激光中的任意两束通过凸透镜41、42、43聚焦于倍频晶体，而后调节光路延迟31或32，使其中任意两束飞秒激光会聚到倍频晶体50上，均有蓝光(400nm波长，即二次谐波)产生，则此三束飞秒激光两两相干。
本实施例中反射镜21、22、23、24、25、26用于引导光束按照指定的方向传播；倍频晶体50为BBO晶体，也可以选用LBO、KDP等其它晶体。本实施例中任意两束飞秒激光会聚后经倍频晶体倍频所得的二次谐波(蓝光)易于看出，针对其它二次谐波不易看出的情况，则可利用光学探测器探测其倍频频率，确定均有二次谐波产生。
本发明方法可以实现经达曼光栅分光后的三束飞秒激光在焦点处两两相干，从而增强了三束光焦点处的相干光强，使其能够在破坏阈值较高的材料如玻璃、晶体等上制备三维周期微结构。而且，通过调整各光束之间的夹角，可以实现不同周期微结构的制备。本发明可用于制备光子学器件以及纳米有序结构等。
Claims (4)
1、一种结合达曼光栅获得三束飞秒激光相干的方法，其特征在于包括下列步骤：
①.使用达曼光栅将飞秒激光器输出的激光分束；
②.选出其中的三束飞秒激光，并在光路中加入光路延迟；
③.使三束飞秒激光经过三个凸透镜聚焦到倍频晶体上，并调整光路延迟使其中任意两束飞秒激光会聚时均产生二次谐波，则该三束光两两相干。
2、根据权利要求1所述的结合达曼光栅获得三束飞秒激光相干的方法，其特征在于所述步骤②是在三束飞秒激光中的两束光的光路中加入光路延迟。
3、根据权利要求1所述的结合达曼光栅获得三束飞秒激光相干的方法，其特征在于所述步骤③中经凸透镜的任意两束飞秒激光会聚到倍频晶体上时，利用光学探测器探测其倍频频率，确定均有二次谐波产生。
4、根据权利要求1、2或3所述的结合达曼光栅获得三束飞秒激光相干的方法，其特征在于所述的飞秒激光的参数为：脉宽50～120fs，波长400～800nm，脉冲频率1～1000Hz。
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