CN203535349U - 多色飞秒激光产生装置 - Google Patents

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刘军
刘奇福
李方家
赵冠凯
张素侠
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Abstract

一种多色飞秒激光产生装置，沿入射激光的前进方向，依次是第一小孔光阑、平凸透镜和分色镜，入射激光经所述的分色镜分为透射光束和反射光束，沿反射光束方向依次经长通滤波片、延时器、第二小孔光阑和第三高平反射银镜，入射到非线性透明固体介质上，所述的透射光束依次经过啁啾镜、第一高平反射银镜和第二高平反射银镜，入射到所述的非线性透明介质上，入射到所述的非线性透明介质的所述的透射光束和反射光束具有一定夹角，调节所述的延时器，使得两光束在时间和空间很好的重合，从而产生多色飞秒激光脉冲。本实用新型结构简单，可以应用于二维光谱学实验、强场激光实验和相干反斯托克斯拉曼光谱学实验等不同的非线性激光光谱学研究。

Description

多色飞秒激光产生装置
技术领域
本实用新型涉及飞秒激光，特别是一种多色飞秒激光产生装置。
背景技术
飞秒激光及相应飞秒激光技术的研究随着飞秒激光脉冲在科研、生物、医疗、加工、通信、国防等社会各个领域的应用的拓展与深入而迅速发展。其中一个重要方面的应用是利用飞秒激光脉冲和飞秒激光光谱学方法来研究蛋白质，纳米材料，半导体等各类材料中的超快动力学特性。比如，可采用飞秒泵浦-探测技术和飞秒受激拉曼散射技术等研究蛋白质结构动力学，半导体和纳米材料载流子动力学。而二维光谱学实验、强场激光实验和相干反斯托克斯拉曼光谱学实验等多色飞秒泵浦-探测实验，需要两个及以上不同频率的飞秒激光脉冲。因此，一种结构简单的多色飞秒激光产生装置具有重要意义了。目前，多色飞秒激光主要是利用两束不同频率的飞秒激光束以一定夹角在非线性固体介质中级联四波混频（CFWM）产生。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种多色飞秒激光产生装置，该装置结构简单，并且模块化，可以应用于二维光谱学实验、强场激光实验和相干反斯托克斯拉曼光谱学实验等不同的非线性激光光谱学研究。
本实用新型的技术解决方案如下：
一种多色飞秒激光产生装置，特点在于其构成包括：沿入射激光的前进的方向，依次是第一小孔光阑、平凸透镜和分色镜，入射激光经所述的分色镜分为透射光束和反射光束，沿反射光束方向依次经长通滤波片、延时器、第二小孔光阑和第三高平反射银镜，入射到非线性透明固体介质上，所述的透射光束依次经过啁啾镜、第一高平反射银镜和第二高平反射银镜，入射到所述的非线性透明介质上，入射到所述的非线性透明介质的所述的透射光束和反射光束具有一定夹角，调节所述的延时器，使得两光束在时间和空间很好的重合，从而产生多色飞秒激光脉冲。
所述的延时器为由两块高平反射银镜与在同时位于同一平移台构成。
本实用新型具有以下显著的特点：
(a)本实用新型是一个模块化的多色光产生装置，可以直接通过换不同分色镜和反射镜来调节装置，使得装置适用于不同波段的入射激光脉冲。
(b)该发明装置结构简单，仅仅利用几块反射镜、一块分色镜和一对啁啾镜，就产生了多个颜色的飞秒激光脉冲。
(c)该装置中对于入射激光脉冲的能量范围可以很大，因为可以选择不同材料不同厚度的非线性透明介质，选择合适材料和厚度的非线性透明介质，可以获得较高能量，脉宽少于10飞秒的多色激光脉冲。
(d)本实用新型装置中，啁啾镜对带有正啁啾的入射光的补偿作用，使得短波段光束为负啁啾，而长波段没有经过啁啾补偿，本身就为正啁啾，这样产生的频率上转换光就带有一定量的负啁啾，通过玻璃片就可以对其脉宽进行压缩。
(e)通过控制入射光能量、脉宽和非线性透明介质的厚度，可以达到控制产生的多色激光脉冲的能量和脉宽。
附图说明
图1为本实用新型多色飞秒激光产生装置实施例的光路结构图。
图2是本实施例的入射光光谱图。
图3是短波段光谱图。
图4是长波段光谱图。
图5是利用本实用新型装置，在入射光波段为640-910nm，短波段光束在啁啾镜之间来回反射4次，长波段和短波段光束以夹角为θ=4.09°重合于厚度为2.0mm的Sapphire晶体上，所产生的多色飞秒激光脉冲。
图6是利用本实用新型装置，在其他条件不变，非线性透明介质换为厚度为0.15mm的Sapphire晶体，所产生的多色飞秒激光脉冲。
具体实施方式
先请参阅图1，图1为本实用新型多色飞秒激光产生装置实施例的光路结构图。由图可见，本实用新型多色飞秒激光产生装置，包括：沿入射激光1的前进的方向，依次是第一小孔光阑2、平凸透镜3和分色镜4，入射激光经所述的分色镜4分为透射光束和反射光束，沿反射光束方向依次经长通滤波片13、延时器14、第二小孔光阑15和第三高平反射银镜9，入射到非线性透明固体介质11上，所述的透射光束依次经过啁啾镜10、第一高平反射银镜7和第二高平反射银镜8，入射到所述的非线性透明介质11上，入射到所述的非线性透明介质11的所述的透射光束和反射光束具有一定夹角，调节所述的延时器，使得两光束在时间和空间很好的重合，从而产生多色飞秒激光脉冲。所述的延时器14为由两块高平反射银镜5、6与在同时位于同一平移台构成。
对通过空心光纤展宽后的入射激光束1，由分色镜4分成两路，产生了不同级次的多色飞秒激光脉冲。在本实施例的光路中，激光器系统产生的入射激光束1的中心波长为800nm，重复频率为1kHz，脉宽为40fs的激光束通过充有1个大气压氩气的空心光纤展宽后，光谱范围展宽成了610--910nm（如图2所示），展宽后的入射激光束1依次经过小孔光阑2，焦距为f=50cm的平凸透镜3，再经过截止波长为805nm的分色镜4的反射和透射，分成了两路光束。经分色镜4反射的一路光束，通过截止波长为800nm的长通滤波片13，其光谱为790--910nm（如图4所示），能量为6.6μJ，经过时间分辨率为3fs的延时器14，再经高平反射银镜9，入射到非线性透明介质11上，另一路光束经分色镜透射，光谱为610--805nm（如图3所示），能量为7.0μJ，经过啁啾参数为-40fs2的啁啾镜10来回反射4次，使得光束带有一定量的负啁啾，再经过高平反射银镜7和8也入射到非线性透明介质11上。两路光束最后以夹角为θ=4.09°，重合于非线性透明介质11上，调节高平反射银镜7和8，使得两路光束在空间上最大限度的重合，调节延时器14，使得两路光束在时间上很好的重合，由于介质中的级联四波混频（CFWM）过程便在非线性透明介质11后，获得了不同波长，不同颜色的多色飞秒激光脉冲。在本实施案例中非线性透明介质11先是用了厚度为2.0mm的Sapphire晶体，得到的实验结果如图5所示，图5中(a)图as1是测得的一级频率上转换光的光谱图，（b）图as2是测得的二级频率上转换光的光谱。从光谱谱宽来说，两级次光谱进行傅里叶极限变换，都达到了10fs以下。图6是用厚度为0.15mm的Sapphire晶体作为非线性透明介质所得到的实验结果。图6中（a）图as1是测得的一级频率上转换光的光谱图，（b）图as2是测得的二级频率上转换光的光谱图。从光谱形状来看，啁啾量比较大，但是产生的多色光的傅里叶极限转换脉宽少于10fs。结合图3和图4，可见，选择合适厚度的非线性材料，对光束进行合适的啁啾补偿就可以得到窄脉宽（少于10fs）、较高能量(μJ量级)的高斯型多色激光脉冲。

Claims (2)

1.一种多色飞秒激光产生装置，特征在于其构成包括：沿入射激光（1）的前进的方向，依次是第一小孔（2）光阑、平凸透镜（3）和分色镜（4），入射激光经所述的分色镜（4）分为透射光束和反射光束，沿反射光束方向依次经长通滤波片（13）、延时器（14）、第二小孔光阑（15）和第三高平反射银镜（9），入射到非线性透明固体介质（11）上，所述的透射光束依次经过啁啾镜（10）、第一高平反射银镜（7）和第二高平反射银镜（8），入射到所述的非线性透明固体介质（11）上，入射到所述的非线性透明固体介质（11）的所述的透射光束和反射光束具有一定夹角，调节所述的延时器，使得两光束在时间和空间很好的重合，从而产生多色飞秒激光脉冲。 
2.根据权利要求1所述的多色飞秒激光产生装置，其特征在于所述的延时器（14）为由两块高平反射银镜（5、6）与在同时位于同一平移台构成。 
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103576411A (zh) * 2013-09-13 2014-02-12 中国科学院上海光学精密机械研究所 多色飞秒激光产生装置
CN104112976A (zh) * 2014-07-22 2014-10-22 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于白光产生的多色飞秒激光产生装置

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CN103576411B (zh) * 2013-09-13 2016-08-17 中国科学院上海光学精密机械研究所 多色飞秒激光产生装置
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