CN109510054B - 一种多频超短激光脉冲串的产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多频超短激光脉冲串的产生方法，通过对多路啁啾脉冲分别进行独立拍频，而形成多路分别包括多个微脉冲的超短激光脉冲串，且每一路超短激光脉冲串的微脉冲重复频率均相互独立可调；将多路超短激光脉冲串进行合束后得到包括多路分别包括多个重复频率可调的微脉冲的超短激光脉冲串的多频超短激光脉冲串。本发明提供的技术方案有效解决现有技术存在的问题，且本发明提供的产生方法更加简单。

Description

一种多频超短激光脉冲串的产生方法

技术领域

本发明涉及加速器及自由电子激光技术领域，更为具体的说，涉及一种多频超短激光脉冲串的产生方法。

背景技术

太赫兹波段是指频率在0.1THz-10THz的电磁波，由于其具有穿透性、低光子能量、高带宽、谱指纹特性、超快特性等诸多优点和独特优势，对于研究材料科学和物质科学的意义非常重大。

利用太赫兹进行THzpump/THz probe(TPTP)测量对于诸如载流子动力学、磁振子的共振、电子瞬态损耗等特征响应落在太赫兹波段的粒子动态集体行为具有独特的辨识能力，从而对于功能材料特征物性的研究以及深层物理机制的理解十分重要。TPTP测量的基本模式是利用两束同源太赫兹光，其中一束用于超快激发，另一束进行超快探测。以TPTP测量应用于凝聚态物质的非线性THz场诱导载流子动力学研究为例，THz泵浦光可激发掺杂半导体导带电子，而同源的THz探测光则用于探测场诱导载流子的特性。

现有的用于TPTP测量的太赫兹源多为单频太赫兹源，即泵浦光和探测光的频率一致，可调性较差——由于待测量体系的特征响应频率覆盖范围可能很大，单频太赫兹源对TPTP测量的适用范围形成了极大的限制。而如果采用两个独立的太赫兹源实现频率的连续可调，则对两束太赫兹光的同步要求极高，现有技术尚无法实现。可用于TPTP测量的双频太赫兹源亟待开发。

由于太赫兹的主要产生机制包括利用驱动激光脉冲激发产生宽谱源和基于自由电子激光(Free electron laser，简称FEL)的可调谐单频辐射两种，因此，如何输出包括多种频率子脉冲的驱动激光脉冲串成为开发适用于TPTP测量的双频太赫兹源的关键。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多频超短激光脉冲串的产生方法，能够得到包括多个频率可调的超短激光脉冲串的多频超短激光脉冲串，有效解决现有技术存在的问题，本发明提供的产生方法更加简单。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种多频超短激光脉冲串的产生方法，包括：

生成多路啁啾脉冲；

对每一路所述啁啾脉冲分别进行拍频，形成多路分别包括多个微脉冲的超短激光脉冲串；

将多路所述超短激光脉冲串进行合束为多频超短激光脉冲串。

相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：

本发明提供了一种多频超短激光脉冲串的产生方法，通过对多路啁啾脉冲分别进行独立拍频，而形成多路分别包括多个微脉冲的超短激光脉冲串，且每一路超短激光脉冲串的微脉冲重复频率均相互独立可调；将多路超短激光脉冲串进行合束后得到包括多路分别包括多个重复频率可调的微脉冲的超短激光脉冲串的多频超短激光脉冲串。

其中，当对每一路啁啾脉冲分别进行独立拍频的拍频频率相同时，超短激光脉冲串的微脉冲的重复频率也相同，通过调节优化多路啁啾脉冲之间的延时间隔，可实现超短激光脉冲的堆叠效果，使得超短激光脉冲串包括更多的微脉冲。相对于传统的超短激光脉冲串的堆积法，本发明生成超短激光脉冲串的方法步骤简单，同时减少色散效应的影响，降低色散补偿难度；相对于传统的拍频方法，本发明生成超短激光脉冲串的方法又能在展宽量不变的同时，获取较多的微脉冲个数。利用本发明的技术方案产生的多频超短激光脉冲串激发光阴极电子枪可获取更高电荷量和更短束团长度的超短电子脉冲串，因此可以简单高效地产生高相干辐射功率的太赫兹光。

以及，当对每一路啁啾脉冲分别进行独立拍频的拍频频率不同时，超短激光脉冲串的微脉冲的重复频率也彼此不相同，可以获得包括多路分别包括多个不同重复频率的微脉冲的超短激光脉冲串的多频超短激光脉冲串，以此激发光电导天线可以高效地产生多种不同波段的高功率的太赫兹光；及以此激发光阴极电子枪可以产生多种不同群聚频率的电子脉冲串，从而可进一步产生多种不同波段的自由电子激光辐射，所得自由电子激光也具有独立可调特性；将其应用在TPTP测量领域，可以对覆盖更多的测量体系，扩大测量范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种多频超短激光脉冲串的产生方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的另一种多频超短激光脉冲串的产生方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的又一种多频超短激光脉冲串的产生方法的流程图；

图4为本申请实施例提供的又一种多频超短激光脉冲串的产生方法的流程图；

图5为本申请实施例提供的两路拍频频率分别为0.5THz和1.5THz的条件下得到的多频超短激光脉冲串的示意图；

图6为本申请实施例提供的两路拍频频率分别为1.0THz和1.5THz的条件下得到的多频超短激光脉冲串的示意图；

图7为本申请实施例提供的两路拍频频率均为1.5THz的条件下得到的多频超短激光脉冲串的示意图；

图8为现有技术提供的拍频频率为1.5THz的条件下得到的超短激光脉冲串的示意图；

图9为本申请实施例提供的一种多频超短激光脉冲串的产生装置的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的另一种多频超短激光脉冲串的产生装置的结构示意图。

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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

正如背景技术所述，现有的用于TPTP测量的太赫兹源多为单频太赫兹源，即泵浦光和探测光的频率一致，可调性较差——由于待测量体系的特征响应频率覆盖范围可能很大，单频太赫兹源对TPTP测量的适用范围形成了极大的限制。而如果采用两个独立的太赫兹源实现频率的连续可调，则对两束太赫兹光的同步要求极高，现有技术尚无法实现。可用于TPTP测量的双频太赫兹源亟待开发。

由于太赫兹的主要产生机制包括利用驱动激光脉冲激发产生宽谱源和基于自由电子激光(Free electron laser，简称FEL)的可调谐单频辐射两种，因此，如何输出包括多种频率子脉冲的驱动激光脉冲串成为开发适用于TPTP测量的双频太赫兹源的关键。

基于此，本申请实施例提供了一种多频超短激光脉冲串的产生方法和装置，能够得到包括多个频率可调的超短激光脉冲串的多频超短激光脉冲串，有效解决现有技术存在的问题，本申请实施例提供的产生方法更加简单。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图10对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。

参考图1所示，为本申请实施例提供的一种多频超短激光脉冲串的产生方法的流程图，其中，多频超短激光脉冲串的产生方法包括：

S1、生成多路啁啾脉冲；

S2、对每一路所述啁啾脉冲分别进行拍频，形成多路分别包括多个微脉冲的超短激光脉冲串；

S3、将多路所述超短激光脉冲串进行合束为多频超短激光脉冲串。

可以理解的，对啁啾脉冲进行拍频能够得到具有准正弦调制特性的超短激光脉冲串，且超短激光脉冲串包括有多个微脉冲；以此类推，对每一路啁啾脉冲分别进行独立拍频，能够得到多路分别包括多个微脉冲的超短激光脉冲串。

由上述内容可知，通过对多路啁啾脉冲分别进行独立拍频，而形成多路分别包括多个微脉冲的超短激光脉冲串，且每一路超短激光脉冲串的微脉冲重复频率均相互独立可调；将多路超短激光脉冲串进行合束后得到包括多路分别包括多个重复频率可调的微脉冲的超短激光脉冲串的多频超短激光脉冲串，即多频超短激光脉冲串包括多路超短激光脉冲串，且每一超短激光脉冲串包括多个重复频率可调的微脉冲。

其中，当对每一路啁啾脉冲分别进行独立拍频的拍频频率相同时，超短激光脉冲串的微脉冲的重复频率也相同，通过调节优化多路啁啾脉冲之间的延时间隔，可实现超短激光脉冲的堆叠效果，使得超短激光脉冲串包括更多的微脉冲。相对于传统的超短激光脉冲串的堆积法，本申请实施例生成超短激光脉冲串的方法步骤简单，同时减少色散效应的影响，降低色散补偿难度；相对于传统的拍频方法，本申请实施例生成超短激光脉冲串的方法又能在展宽量不变的同时，获取较多的微脉冲个数。利用本申请实施例的技术方案产生的多频超短激光脉冲串激发光阴极电子枪可获取更高电荷量和更短束团长度的超短电子脉冲串，因此可以简单高效地产生高相干辐射功率的太赫兹光。

以及，当对每一路啁啾脉冲分别进行独立拍频的拍频频率不同时，超短激光脉冲串的微脉冲的重复频率也彼此不相同，可以获得包括多路分别包括多个不同重复频率的微脉冲的超短激光脉冲串的多频超短激光脉冲串，以此激发光电导天线可以高效地产生多种不同波段的高功率的太赫兹光；及以此激发光阴极电子枪可以产生多种不同群聚频率的电子脉冲串，从而可进一步产生多种不同波段的自由电子激光辐射，所得自由电子激光也具有独立可调特性；将其应用在TPTP测量领域，可以对覆盖更多的测量体系，扩大测量范围。

在本申请一实施例中，本申请提供的多路啁啾脉冲可以通过一个激光脉冲处理获得。参考图2所示，为本申请实施例提供的另一种多频超短激光脉冲串的产生方法的流程图，其中，本申请实施例提供的S1、生成多路啁啾脉冲，包括：

S101、由一激光源输出激光脉冲；

S102、对所述激光脉冲进行啁啾展宽；

S103、对进行啁啾展宽后的激光脉冲进行至少一次分束为多路啁啾脉冲。

可以理解的，本申请实施例提供的获得多路啁啾脉冲的方法，可以通过一个激光源输出单个激光脉冲，而后对该激光脉冲进行啁啾展宽后，将该啁啾展宽后的激光脉冲进行至少一次分束即可得到多路啁啾脉冲。其中，本申请实施例提供的激光脉冲为超快飞秒脉冲，其脉宽范围不大于150fs，脉冲为傅里叶变换极限脉冲。本申请实施例提供的激光源可以为振荡器型钛蓝宝石激光器，对此本申请不做具体限制。

以及，本申请需要两路啁啾脉冲时，可以通过一个分束镜对经过啁啾展宽后的激光脉冲进行一次分束为两路啁啾脉冲。或者，本申请需要生成大于两路数量的啁啾脉冲时，可以对经过啁啾展宽后的激光脉冲进行多次分束，如通过一分束镜对激光脉冲进行第一次分束后得到两路子激光脉冲，而后对前面获得的至少一路子激光脉冲再次通过分束镜进行分束为两路子激光脉冲，以此规律类推，最终得到的所有子激光脉冲即为多路啁啾脉冲。

在本申请一实施例中，本申请提供的多路啁啾脉冲可以通过多个激光脉冲处理获得。参考图3所示，为本申请实施例提供的又一种多频超短激光脉冲串的产生方法的流程图，其中，本申请实施例提供的S1、生成多路啁啾脉冲，包括：

S111、由多个激光源输出各自相应的激光脉冲；

S112、对所述激光脉冲进行啁啾展宽，以此得到多路啁啾脉冲。

可以理解的，本申请实施例提供的获得多路啁啾脉冲的方法，首先获得多个激光源各自输出的激光脉冲，而后对每一路激光脉冲进行啁啾展宽为多路啁啾脉冲。本申请实施例提供的激光脉冲为超快飞秒脉冲，其脉宽范围不大于150fs，脉冲为傅里叶变换极限脉冲。以及，本申请实施例提供的激光源可以为振荡器型钛蓝宝石激光器，对此本申请不做具体限制。

需要说明的是，本申请实施例提供的方法包括多个激光源时，还可以对多个激光源中至少一个激光源进行啁啾展宽后分束，与经过啁啾展宽且未分束的激光脉冲一起组成多个啁啾脉冲，对此本申请不做具体限制。

在本申请一实施例中，本申请提供的对所述激光脉冲进行啁啾展宽，包括：

将所述激光脉冲输入平行光栅对进行啁啾展宽。

进一步的，本申请实施例提供的将所述激光脉冲输入平行光栅对进行啁啾展宽，包括：

将所述激光脉冲输入所述平行光栅对进行第一次啁啾展宽；

将第一次啁啾展宽后的所述激光脉冲，反射至所述平行光栅对进行第二次啁啾展宽。

可以理解的，本申请实施例对激光脉冲进行啁啾展宽时，在对激光脉冲进行第一次啁啾展宽后，将该经过第一次啁啾展宽的激光脉冲反射至平行光栅对进行第二次啁啾展宽，以此增大展宽量。其中，本申请实施例提供的啁啾展宽并不局限于平行光栅对，其还可以采用其他结构对激光脉冲进行啁啾展宽。

参考图4所示，为本申请实施例提供的又一种多频超短激光脉冲串的产生方法的流程图，其中，本申请实施例提供的S2、对每一路所述啁啾脉冲分别进行拍频时，对任意一路所述啁啾脉冲进行拍频，包括：

S21、对任意一路所述啁啾脉冲进行拍频时，将所述啁啾脉冲分束为两路子啁啾脉冲；

S22、对两路所述子啁啾脉冲分别进行不同光程的反射；

S23、使反射后的两路所述子啁啾脉冲发生拍频，得到一路包括多个微脉冲的超短激光脉冲串，以此S21-S23形成多路分别包括多个微脉冲的超短激光脉冲串。

在本申请一实施例中，本申请提供的将所述啁啾脉冲分束为两路子啁啾脉冲，包括：采用平板分束镜将所述啁啾脉冲分束为两路子啁啾脉冲，采用平板分束镜能够减少光程差的误差。

可以理解的，本申请实施例提供的对任意一啁啾脉冲进行拍频过程中，通过调整优化分束后两路子啁啾脉冲的时间间隔，使得最终产生的超短激光脉冲串灵活的实现堆叠或不堆叠的效果；以及，通过调节优化两路子啁啾脉冲的强度(如调节平板分束镜的反射透射比例)，使得最终产生的超短激光脉冲串的功率可调。以及，通过调整优化两路子啁啾脉冲的反射光程可以改变拍频频率，最终改变超短激光脉冲串中的微脉冲的宽度和间隔。

下面结合附图所示的多频超短激光脉冲串的模拟结果，对本申请提供的技术方案与现有技术进行比对。其中，图5为本申请实施例提供的两路拍频频率分别为0.5THz和1.5THz的条件下得到的多频超短激光脉冲串的示意图，图6为本申请实施例提供的两路拍频频率分别为1.0THz和1.5THz的条件下得到的多频超短激光脉冲串的示意图，图7为本申请实施例提供的两路拍频频率均为1.5THz的条件下得到的多频超短激光脉冲串的示意图，图8为现有技术提供的拍频频率为1.5THz的条件下得到的超短激光脉冲串的示意图。需要说明的是，图5-图7所示多频超短激光脉冲串均是基于两路啁啾脉冲，对两路啁啾脉冲分别进行拍频后合束(两路拍频频率即对两路啁啾脉冲分别进行独立拍频的各自相应的拍频频率)，得到的包括两路分别包括多个微脉冲的超短激光脉冲串的多频超短激光脉冲串条件下模拟的数据。

其中，本申请实施例提供的图5所示的多频超短激光脉冲串的示意图(模拟结果)，两路拍频频率分别为0.5THz(相应拍频光路延时调节τ＝0.5ps)和1.5THz(相应拍频光路延时调节τ＝1.5ps)，图5(a)的分光延时间隔(即两路啁啾脉冲的延时间隔)调节为12.5ps，图5(b)的分光延时间隔调节为7ps。

本申请实施例提供的图6所示的多频超短激光脉冲串的示意图(模拟结果)，两路拍频频率分别为1.0THz(相应拍频光路延时调节τ＝1.0ps)和1.5THz(相应拍频光路延时调节τ＝1.5ps)，图6(a)的分光延时间隔(两路啁啾脉冲的延时间隔)调节为12.5ps，图6(b)的分光延时间隔调节为8ps。

由图5和图6所示的多频超短激光脉冲串示意图，本申请实施例提供的产生方法生成的多频超短激光脉冲串可以包括两路频率不同的超短激光脉冲串，且通过调节拍频频率，超短激光脉冲短的频率也连续可调且相互独立，超短激光脉冲串的时间间隔也连续可调。

本申请实施例提供的图7所示的多频超短激光脉冲串的示意图(模拟结果)，两路拍频频率相同且均为1.5THz，其分光延时间隔调节为4ps。

图8所示的现有拍频法在拍频频率为1.5THz的条件下得到的超短激光脉冲串的示意图，

由图7所示的多频超短激光脉冲串可知，当控制两路拍频频率相同时，配合分光延时间隔的调整，产生的超短激光脉冲串具有堆叠效果，使得脉冲串的总长可以与脉冲堆积方案中相当，以此作为驱动激光有利于产生高功率的THz光。

将图7所示数据和图8所示数据对比可知，在拍频频率相同为1.5THz条件下，现有拍频法得到的超短激光脉冲串只包括16个微脉冲，而本申请实施例提供的多频超短激光脉冲串则包括22个微脉冲，微脉冲个数提升了近40％。以此，在总电荷量保持不变的情况下，本申请实施例提供的方案获取的多频超短激光脉冲串激发光阴极电子枪所产生的电子脉冲串中单个微脉冲的电荷量将下降超30％，从而有效降低空间电荷排斥力以获得短长度的微脉冲，进而提高电子脉冲串的群聚因子，相应有效提高太赫兹相干辐射功率。

相应的，本申请实施例还提供了一种多频超短激光脉冲串的产生装置，参考图9所示，为本申请实施例提供的一种多频超短激光脉冲串的产生装置的结构示意图，其中，产生装置包括：

啁啾脉冲生成***100，所述啁啾脉冲生成***100用于生成多路啁啾脉冲；

多个拍频***200，一所述拍频***200对应一路所述啁啾脉冲，所述拍频***200用于对所述啁啾脉冲进行拍频为包括多个微脉冲的超短激光脉冲串，以此形成多路分别包括多个微脉冲的超短激光脉冲串；

以及，合束***300，所述合束***300用于将多路所述超短激光脉冲串进行合束为多频超短激光脉冲串。

可以理解的，通过拍频***对啁啾脉冲进行拍频能够得到具有准正弦调制特性的超短激光脉冲串，且超短激光脉冲串包括有多个微脉冲；以此类推，通过多个拍频***对每一路啁啾脉冲分别进行独立拍频，能够得到多路分别包括多个微脉冲的超短激光脉冲串。

由上述内容可知，通过对多路啁啾脉冲分别进行独立拍频，而形成多路分别包括多个微脉冲的超短激光脉冲串，且每一路超短激光脉冲串的微脉冲重复频率均相互独立可调；将多路超短激光脉冲串进行合束后得到包括多路分别包括多个重复频率可调的微脉冲的超短激光脉冲串的多频超短激光脉冲串，即多频超短激光脉冲串包括多路超短激光脉冲串，且每一超短激光脉冲串包括多个重复频率可调的微脉冲。

其中，当对每一路啁啾脉冲分别进行独立拍频的拍频频率相同时，超短激光脉冲串的微脉冲的重复频率也相同，通过调节优化多路啁啾脉冲之间的延时间隔，可实现超短激光脉冲的堆叠效果，使得超短激光脉冲串包括更多的微脉冲。相对于传统的超短激光脉冲串的堆积法，本申请实施例生成超短激光脉冲串的方法步骤简单，同时减少色散效应的影响，降低色散补偿难度；相对于传统的拍频方法，本申请实施例生成超短激光脉冲串的方法又能在展宽量不变的同时，获取较多的微脉冲个数。利用本申请实施例的技术方案产生的多频超短激光脉冲串激发光阴极电子枪可获取更高电荷量和更短束团长度的超短电子脉冲串，因此可以简单高效地产生高相干辐射功率的太赫兹光。

以及，当对每一路啁啾脉冲分别进行独立拍频的拍频频率不同时，超短激光脉冲串的微脉冲的重复频率也彼此不相同，可以获得包括多路分别包括多个不同重复频率的微脉冲的超短激光脉冲串的多频超短激光脉冲串，以此激发光电导天线可以高效地产生多种不同波段的高功率的太赫兹光；及以此激发光阴极电子枪可以产生多种不同群聚频率的电子脉冲串，从而可进一步产生多种不同波段的自由电子激光辐射，所得自由电子激光也具有独立可调特性；将其应用在TPTP测量领域，可以对覆盖更多的测量体系，扩大测量范围。

在本申请一实施例中，本申请提供的多路啁啾脉冲可以通过一个激光脉冲处理获得。参考图9所示，本申请实施例提供的所述啁啾脉冲生成***100包括：

一激光源110，所述激光源110用于输出激光脉冲；

啁啾展宽单元120，所述啁啾展宽单元120用于对所述激光脉冲进行啁啾展宽；

以及，分束单元130，所述分束单元130用于对进行啁啾展宽后的激光脉冲进行至少一次分束为多路啁啾脉冲。

可以理解的，本申请实施例提供的获得多路啁啾脉冲的方式，可以通过一个激光源输出单个激光脉冲，而后通过啁啾展宽单元对该激光脉冲进行啁啾展宽后，将该啁啾展宽后的激光脉冲进行至少一次分束即可得到多路啁啾脉冲。其中，本申请实施例提供的激光脉冲为超快飞秒脉冲，其脉宽范围不大于150fs，脉冲为傅里叶变换极限脉冲。本申请实施例提供的激光源可以为振荡器型钛蓝宝石激光器，对此本申请不做具体限制。

在本申请一实施例中，本申请提供的所述分束单元包括：第一级分束模块至第N级分束模块，每一级分束模块包括至少一个分束镜，且第i级分束模块的至少一个分束镜的至少一路分束光路上，对应设置有第i+1级分束模块的一分束镜，N为大于0的整数，i为不大于N的正整数。

可以理解的，本申请需要两路啁啾脉冲时，分束单元可以只包括第一级分束模块，其中，第一级分束模块包括一个分束镜，可以通过一个分束镜对经过啁啾展宽后的激光脉冲进行一次分束为两路啁啾脉冲。或者，本申请需要生成大于两路数量的啁啾脉冲时，可以对经过啁啾展宽后的激光脉冲进行多次分束，即分束单元可以包括多级分束模块，且每一级分束模块可以包括至少一个分束镜，如第一级分束模块包括一个分束镜，通过第一级分束模块的分束镜对激光脉冲进行第一次分束后得到两路子激光脉冲；第二级分束模块可以包括至少一个分束镜，通过第二级分束模块的分束镜，对第一级分束模块的分束镜分束的至少一路子激光脉冲再次进行分束为两路子激光脉冲，以此规律类推，最终得到的所有子激光脉冲即为多路啁啾脉冲。

如图9所示，以本申请需要两路啁啾脉冲为例，分束单元130包括一分束镜131，分束镜131的反射透射比例可以为50％:50％，分束镜131对啁啾展宽后的激光脉冲进行分束为两路啁啾脉冲，其中，通过调节分束镜的反射透射比例，可以调节两路啁啾脉冲的强度。此外，本申请实施例提供的分束镜可以采用半波片和偏振分束镜的组合替换，其中，通过调节半波片的角度可以调节两路啁啾脉冲的强度

在本申请一实施例中，本申请提供的多路啁啾脉冲可以通过多个激光脉冲处理获得。即本申请实施例提供的所述啁啾脉冲生成***包括：

多个激光源，所述激光源用于输出激光脉冲；

以及，啁啾展宽单元，所述啁啾展宽单元用于对每一所述激光脉冲进行啁啾展宽，以此得到多路啁啾脉冲。

可以理解的，本申请实施例提供的获得多路啁啾脉冲的方式，首先通过多个激光源获得多路激光脉冲，而后对每一路激光脉冲进行啁啾展宽为多路啁啾脉冲。本申请实施例提供的激光脉冲为超快飞秒脉冲，其脉宽范围不大于150fs，脉冲为傅里叶变换极限脉冲。以及，本申请实施例提供的激光源可以为振荡器型钛蓝宝石激光器，对此本申请不做具体限制。

需要说明的是，本申请实施例提供的方法包括多个激光源时，还可以对多个激光源中至少一个激光源进行啁啾展宽后分束，与经过啁啾展宽且未分束的激光脉冲一起组成多个啁啾脉冲，对此本申请不做具体限制。

在本申请一实施例中，本申请提供的所述啁啾展宽单元采用平行光栅对将所述激光脉冲进行啁啾展宽。如图9所示，本申请实施例提供的所述啁啾展宽单元120包括至少一个啁啾展宽模块(当啁啾脉冲生成***包括一个激光源时，啁啾展宽单元包括一个啁啾展宽模块；及当啁啾展宽生成***包括多个激光源时，啁啾展宽单元包括多个啁啾展宽模块，且一啁啾展宽模块一一激光源相应)，一所述啁啾展宽模块与一所述激光脉冲对应，其中，所述啁啾展宽模块包括：

第一反射子模块121，所述第一反射子模块121用于接收所述激光脉冲并输出；

设置于所述第一反射子模块121光路上的平行光栅对122，所述平行光栅对122用于对所述第一反射子模块121输出的激光脉冲进行第一次啁啾展宽；

以及，设置于所述平行光栅对122的光路上的第二反射子模块123，所述第二反射子模块123用于将经过第一次啁啾展宽的激光脉冲反射至所述平行光栅对122，所述平行光栅对122对经过第一次啁啾展宽后的激光脉冲进行第二次啁啾展宽后，输出至所述第一反射子模块121，所述第一反射子模块121将经过第二次啁啾展宽的所述激光脉冲输出(在啁啾脉冲生成***包括一个激光源时，输出至分束单元；以及，在啁啾脉冲生成***包括多个激光源，输出脉冲即为啁啾脉冲)。

可以理解的，本申请实施例对激光脉冲进行啁啾展宽时，在对激光脉冲进行第一次啁啾展宽后，将该经过第一次啁啾展宽的激光脉冲反射至平行光栅对进行第二次啁啾展宽，以此增大展宽量。其中，本申请实施例提供的啁啾展宽并不局限于平行光栅对，其还可以采用其他结构对激光脉冲进行啁啾展宽。

可选的，本申请实施例提供的啁啾展宽采用平行光栅对时，其中，平行光栅对由两个相对放置且相互平行的光栅组成，且本申请实施例提供的光栅可以为全息衍射式光栅，以利用其群延迟色散产生线性啁啾特性(光场的瞬时频率按时间的一次函数变化)的第二激光脉冲。此外，本申请实施例还可以采用Gires-Tournois干涉反射镜或棱镜对等具有类似特性的光学元件代替。

如图9所示，本申请实施例提供的第一反射子模块121可以为棱镜分束镜(该棱镜分束镜可以为T:R＝50％:50％的半透半反镜，或为朝向激光源侧为全透射、另一面为全反射)。以及，本申请实施例提供的第二反射子模块123可以为一个后向反射棱镜，用于改变平行光栅对122输出的经过第一次啁啾展宽的第二激光脉冲的传输方向，使其返回至平行光栅对122进行第二次啁啾展宽，以增大展宽量。

此外，本申请实施例提供的第一反射子模块还可以为平板分束镜。以及，第二反射子模块还可以由平面反光镜组成，第二反射子模块可以包括两个相互垂直放置的平面反光镜，且任意一平面反光镜的镜面方向及法线方向均与入射至该平面反光镜的激光脉冲的方向呈45度夹角。

如图9所示，本申请实施例提供的所述拍频***200包括：

分束干涉单元210，所述分束干涉单元210用于将所述啁啾脉冲分束为两路子啁啾脉冲；

分别设置于所述分束干涉单元210两路光路上的反射镜220，且所述反射镜220的镜面与其相应子啁啾脉冲的方向垂直，两个所述反射镜220用于对两路所述子啁啾脉冲分别进行不同光程的反射，以使反射后的两路所述子啁啾脉冲发生拍频。

在本申请一实施例中，本申请提供的将所述啁啾脉冲分束为两路子啁啾脉冲，包括：采用平板分束镜将所述啁啾脉冲分束为两路子啁啾脉冲，采用平板分束镜能够减少光程差的误差。

可以理解的，本申请实施例提供的拍频***对相应一啁啾脉冲进行拍频过程中，通过调整优化分束后两路子啁啾脉冲的时间间隔，使得最终产生的超短激光脉冲串灵活的实现堆叠或不堆叠的效果；以及，通过调节优化两路子啁啾脉冲的强度(如调节平板分束镜的反射透射比例)，使得最终产生的超短激光脉冲串的功率可调。以及，通过调整优化两路子啁啾脉冲的反射光程可以改变拍频频率，最终改变超短激光脉冲串中的微脉冲的宽度和间隔。

如图9所示，在啁啾脉冲生成***100包括有分束单元130时，可以通过优化分束单元130与分束干涉单元210的位置关系，使得分束单元130输出的啁啾脉冲直接入射至分束干涉单元210，而节省其他光路引导结构的设置。

此外，本申请实施例提供的啁啾脉冲生成***包括有分束单元时，还可以不限定分束单元和分束干涉单元之间的位置关系，进而通过其他光路引导结构将分束单元输出的啁啾脉冲引导入射至分束干涉单元，参考图10所示，为本申请实施例提供的另一种多频超短激光脉冲串的产生装置的结构示意图，其中，在啁啾脉冲生成***包括有分束单元时，装置还可以包括光路引导结构，本申请实施例提供的光路引导结构可以包括两个反射镜410，两个反射镜410完成将分束镜131输出的一路啁啾脉冲引导入射至分束干涉单元210中。

可选的，本申请实施例提供的反射镜410的镜面方向与入射至反射镜410的脉冲的传输方向夹角为45度。其中，反射镜的作用在于灵活地改变光路传输方向，实际应用中，反射镜的镜面方向与入射的脉冲传输方向的夹角可在(0°，90°)范围内任意调节，对此本申请不做具体限制。

在本申请一实施例中，本申请提供的所述合束***包括：

第一级合束单元至第M级合束单元，每一级合束单元包括至少一个合束镜，且第j+1级合束单元的至少一个合束镜的至少一路入射光路上，对应设置有第j级合束单元的一合束镜，M为大于0的整数，j为不大于M的正整数。

可以理解的，在对多路超短激光脉冲串进行合束时，首先将多路超短激光脉冲串两两分组，第一级合束单元包括多个合束镜，每一合束镜对应一组，通过合束镜对每组进行合束，如超短激光脉冲串为奇数个时，分组后剩余一超短激光脉冲串在第二级合束单元中进行合束；将经过第一级合束后的超短激光脉冲串再次进行两两分组，而后通过第二级合束单元中的合束镜对相应组进行合束，如超短激光脉冲串为奇数个时，分组后剩余一超短激光脉冲串在第三级合束单元中进行合束，以此规律类推，将所有超短激光脉冲串合束为多频超短激光脉冲串。

在本申请一实施例中，入射至合束镜的脉冲传输方向与合束镜介质面及介质面的法线夹角均为45°，以确保经过合束镜后两束脉冲的传输方向在一条直线上。其中，合束镜还可以替换为偏振合束镜。

如图9所示，以两路超短激光脉冲串为例进行说明，合束***300包括一级合束单元，且合束单元包括一合束镜310，合束镜310将两个拍频***200输出的两路超短激光脉冲串进行合束为多频超短激光脉冲串。

本申请实施例提供了一种多频超短激光脉冲串的产生方法和装置，通过对多路啁啾脉冲分别进行独立拍频，而形成多路分别包括多个微脉冲的超短激光脉冲串，且每一路超短激光脉冲串的微脉冲重复频率均相互独立可调；将多路超短激光脉冲串进行合束后得到包括多路分别包括多个重复频率可调的微脉冲的超短激光脉冲串的多频超短激光脉冲串。

其中，当对每一路啁啾脉冲分别进行独立拍频的拍频频率相同时，超短激光脉冲串的微脉冲的重复频率也相同，通过调节优化多路啁啾脉冲之间的延时间隔，可实现超短激光脉冲的堆叠效果，使得超短激光脉冲串包括更多的微脉冲。相对于传统的超短激光脉冲串的堆积法，本申请实施例生成超短激光脉冲串的方法步骤简单，同时减少色散效应的影响，降低色散补偿难度；相对于传统的拍频方法，本申请实施例生成超短激光脉冲串的方法又能在展宽量不变的同时，获取较多的微脉冲个数。利用本申请实施例的技术方案产生的多频超短激光脉冲串激发光阴极电子枪可获取更高电荷量和更短束团长度的超短电子脉冲串，因此可以简单高效地产生高相干辐射功率的太赫兹光。

以及，当对每一路啁啾脉冲分别进行独立拍频的拍频频率不同时，超短激光脉冲串的微脉冲的重复频率也彼此不相同，可以获得包括多路分别包括多个不同重复频率的微脉冲的超短激光脉冲串的多频超短激光脉冲串，以此激发光电导天线可以高效地产生多种不同波段的高功率的太赫兹光；及以此激发光阴极电子枪可以产生多种不同群聚频率的电子脉冲串，从而可进一步产生多种不同波段的自由电子激光辐射，所得自由电子激光也具有独立可调特性；将其应用在TPTP测量领域，可以对覆盖更多的测量体系，扩大测量范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种多频超短激光脉冲串的产生方法，其特征在于，包括：

生成多路啁啾脉冲；

对每一路所述啁啾脉冲分别进行拍频，形成多路分别包括多个微脉冲的超短激光脉冲串；

将多路所述超短激光脉冲串进行合束为多频超短激光脉冲串。

2.根据权利要求1所述的多频超短激光脉冲串的产生方法，其特征在于，生成多路啁啾脉冲，包括：

由一激光源输出激光脉冲；

对所述激光脉冲进行啁啾展宽；

对进行啁啾展宽后的激光脉冲进行至少一次分束为多路啁啾脉冲。

3.根据权利要求1所述的多频超短激光脉冲串的产生方法，其特征在于，生成多路啁啾脉冲，包括：

由多个激光源输出各自相应的激光脉冲；

对所述激光脉冲进行啁啾展宽，以此得到多路啁啾脉冲。

4.根据权利要求2或3所述的多频超短激光脉冲串的产生方法，其特征在于，对所述激光脉冲进行啁啾展宽，包括：

将所述激光脉冲输入平行光栅对进行啁啾展宽。

5.根据权利要求4所述的多频超短激光脉冲串的产生方法，其特征在于，将所述激光脉冲输入平行光栅对进行啁啾展宽，包括：

将所述激光脉冲输入所述平行光栅对进行第一次啁啾展宽；

将第一次啁啾展宽后的所述激光脉冲，反射至所述平行光栅对进行第二次啁啾展宽。

6.根据权利要求1所述的多频超短激光脉冲串的产生方法，其特征在于，对一路所述啁啾脉冲进行拍频，包括：

将所述啁啾脉冲分束为两路子啁啾脉冲；

对两路所述子啁啾脉冲分别进行不同光程的反射；

使反射后的两路所述子啁啾脉冲发生拍频。

7.根据权利要求6所述的多频超短激光脉冲串的产生方法，其特征在于，将所述啁啾脉冲分束为两路子啁啾脉冲，包括：

采用平板分束镜将所述啁啾脉冲分束为两路子啁啾脉冲。

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