CN104570544B - 基于空气成丝多色飞秒激光产生装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于空气成丝的多色飞秒激光产生装置，装置中参与四波混频的两束入射光分别为从钛宝石再生放大器中出来的基础激光脉冲和通过飞秒激光在空气中成丝得到的宽光谱激光脉冲。其构成包括：在主光路上设置一分束片，将入射光分为反射光和透射光，反射光经过在空气中飞秒成丝光谱得到展宽，最终聚焦到透明非线性晶体上；而透射光经过衰减强度和时间延迟线，最后也聚焦到非线性晶体上，调节两束入射光时间空间重合，即可获得多束多色飞秒激光。本发明装置具有调节方便、结构紧凑、经济实用、多色光中心波长可调和输出功率足够强的特点。

Description

基于空气成丝多色飞秒激光产生装置
技术领域
本发明涉及飞秒激光，特别是一种基于空气成丝多色飞秒激光产生装置。
技术背景
飞秒激光在物理光学，化学光学，生物光学等很多前沿科学实验中有着重要的应用。目前中心波长可调飞秒激光通常是使用基于二阶非线性系数的非共线参量放大器产生，然而非共线参量放大器每次只能产生一束飞秒激光，如果一些实验需要多束中心波长不同的飞秒激光就必须要使用多台非共线参量放大器，这无疑增大了实验成本。而基于级联四波混频可以一次性产生多个中心波长可调，宽光谱带宽的飞秒激光，因而具有很大的应用前景。以往基于级联四波混频多色飞秒激光的产生装置有的使用空心光纤来扩展入射泵浦的光谱，这使得实验装置比较占用空间且空心光纤的调节复杂；有的使用非共线参量放大器来产生可调的入射泵浦光，这导致实验装置安排不紧凑，实验成本相对较大；有的使用宝石片成丝展宽光谱，但是使得生成的多色光能量比较弱。以往多色光中心波长的调节通常是调节入射光的交叉角度或者时间延迟，但是调节交叉角度操作起来相对复杂，而调节时间延迟虽然使得多色光的中心波长改变，但是多色光的输出功率由于入射光没有很好的时间重合也会有明显改变。以上的各种因素，限制了基于级联四波混频多色光产生装置的应用。
发明内容
为了产生脉冲功率足够强，宽带宽，中心波长调节方便的多色飞秒激光，该装置中进行级联四波混频的两束入射光一束为从放大器中出来的基础光，而另一束为在空气中成丝后光谱得到展宽的激光脉冲，该装置结构简单紧凑，调节方便，而且通过衰变片调节改变飞秒激光成丝的入射能量可以改变生成多色光的中心波长并保持较高的输出功率。
本发明专利的技术解决方案如下：
一种基于空气成丝的多色飞秒激光产生装置，特点在于其构成包括：在入射光路上设置分束片，该分束片将入射光分为反射光和透射光，在所述的反射光的光路上依次是第一衰减片、透镜、第一凹面反射镜、滤波片、第二衰减片、第二凹面反射镜和非线性晶体，在所述的透射光路是依次是第三衰减片、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第三凹面反射镜和所述的非线性晶体，所述的第二凹面反射镜和第三凹面反射镜的焦点位于所述的非线性晶体内，所述的第一反射镜和第二反射镜构成延迟线，第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜与光路出45°，所述的第一反射镜和第二反射镜位于一个移动平台上，该移动平台具有在沿第一反射镜的入射光方向移动的机构。
调节进入所述的非线性晶体的两束光的入射角度以满足相位匹配并使两束光在所述的非线性晶体内重合，再调节所述的延迟线使两束光在时间上重合，在级联四波混频的作用下产生多色飞秒激光。
所述的反射光经所述的透镜后在空气成丝，使入射光谱得到展宽，使更多的频率成分参与级联四波混频中；通过调节第一衰减片改变成丝的入射能量，可以改变所生成的多色光的中心波长；通过调节第二衰减片、第三衰减片，可以控制参与到级联四波混频中入射光的能量。
本发明专利的特点是：
1，用于超快超强激光领域，本装置可以获得单脉冲能量百纳焦量级，中心波长可调的多色飞秒激光。
2，飞秒激光在空气中成丝展宽了入射光光谱，从而使更多频率成分参与到四波混频中，装置得到简化，调节操作更方便。
3，通过调节成丝的入射能量，从而改变所生成的多色光的中心波长并同时保持较高输出功率。
4，该装置只使用了分束镜，透镜，反射镜，衰减片，滤波片，宝石片或者玻璃片等光学元件，装置简单经济。
附图说明
图1多色飞秒激光产生的装置简略图
图2是本发明多色飞秒激光产生装置的光路图
图3是本发明多色飞秒激光各级多色光频谱图
图4二级频率上转换信号光的中心波长可调性
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明，但是不应以此限制本实用新型的保护范围。
如图2所示，本发明基于空气成丝的多色飞秒激光产生装置，构成包括：在入射光路上设置分束片1，该分束片1将入射光分为反射光和透射光，在所述的反射光的光路上依次是第一衰减片9、透镜10、第一凹面反射镜11、滤波片12、第二衰减片13、第二凹面反射镜8和非线性晶体14，在所述的透射光路是依次是第三衰减片2、第一反射镜3、第二反射镜4、第三反射镜5、第四反射镜6、第三凹面反射镜7和所述的非线性晶体14，所述的第二凹面反射镜8和第三凹面反射镜7的焦点位于所述的非线性晶体14内，所述的第一反射镜3和第二反射镜4构成延迟线，第一反射镜3、第二反射镜4、第三反射镜5与光路出45°，所述的第一反射镜3和第二反射镜4位于一个移动平台上，该移动平台具有在沿第一反射镜3的入射光方向移动的机构。
从钛宝石再生放大器出来的激光束经过分束片50％能量被反射，50％的能量被透射；所述被反射的光束经过衰减片9后被焦距150mm的透镜10聚焦在空气中成丝，经过焦距为75mm的第一凹面反射镜11，成丝后的光束得到准直和缩束，再经过一枚短通滤波片12之后，继续经过第二衰减片13调节光束能量，最终光束被第二凹面镜8聚焦到一枚0.15mm的宝石片上；而所述的透射光经过第三衰减片2，第一反射镜3,第二反射镜4构成的延迟线和第三反射镜5,第四反射镜6后被第三凹面反射镜7也聚焦到宝石片上，调节两束入射光在焦点附近重合并使其交叉角度为两度，进而调节延迟线使两束入射光时间上重合，最终可以在位于晶体后侧的白板上看到多个彩色光斑的产生，这就是通过级联四波混频在宝石片中获得的多色飞秒激光。使用光谱仪测量这些彩色光斑的光谱数据，可以发现他们的谱宽很宽，覆盖了550nm到950nm的范围，每个光斑的光谱半高宽度都在37nm以上，如图3所示。通过调节衰减片9，改变空气成丝的入射能量，当入射功率由226mW升高到500mW的时候，二级频率上转换信号光的中心波长可以被方便连续地调节，调节范围730nm到680nm，如图4所示，而对于多色光的输出能量，即使是二级频率上转换信号光也可以保持在200纳焦以上。通过实验表明，该实验装置经济简单，调节方便，所产生的多色飞秒激光输出功率大等特点。

Claims (2)

1.一种基于空气成丝的多色飞秒激光产生装置，特征在于其构成包括：在入射光路上设置分束片(1)，该分束片(1)将入射光分为反射光和透射光，在所述的反射光的光路上依次是第一衰减片(9)、透镜(10)、第一凹面反射镜(11)、滤波片(12)、第二衰减片(13)、第二凹面反射镜(8)和非线性晶体(14)，在所述的透射光路是依次是第三衰减片(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(4)、第三反射镜(5)、第四反射镜(6)、第三凹面反射镜(7)和所述的非线性晶体(14)，所述的第二凹面反射镜(8)和第三凹面反射镜(7)的焦点位于所述的非线性晶体(14)内，所述的第一反射镜(3)和第二反射镜(4)构成延迟线，第一反射镜(3)、第二反射镜(4)、第三反射镜(5)与光路出45°，所述的第一反射镜(3)和第二反射镜(4)位于一个移动平台上，该移动平台具有在沿第一反射镜(3)的入射光方向移动的机构。
2.根据权利要求1所述的多色飞秒激光产生装置，其特征在于所述的非线性晶体(14)为玻璃片或白宝石片。
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