[發明專利]一種超連續譜產生裝置及超連續譜產生方法

有效

• 申請號: 202010593456.9
• 申請日: 2020-06-27
• 公開（公告）號: CN111755939B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 陶鎮生;田傳山;朱冰冰
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01S3/07
• 分類號: H01S3/07;H01S3/094;H01S3/102
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 宣慧蘭

1.一種超連續譜產生裝置，包括依次設置的飛秒激光器、反射鏡、半波片、偏振片、聚焦透鏡、介質薄片諧振腔和準直透鏡，其特征在于，所述介質薄片諧振腔由多片等腔長排列的介質薄片組成，多片介質薄片的厚度一致，所述介質薄片諧振腔的腔長由介質薄片上有效光斑半徑、入射波長和空間自相似模式曲線計算得到；

所述介質薄片諧振腔的腔長L計算公式為：

其中，w為介質薄片上有效光斑半徑，λ為入射脈沖激光波長，f(b)為空間自相似模式曲線中選定的非線性相位b對應的縱坐標，所述縱坐標與介質薄片上有效光斑半徑的平方正相關；

所述的介質薄片上有效光斑半徑通過以下公式得到：

其中，n₂為介質薄片諧振腔的介質薄片克爾系數，l_eff為介質薄片等效厚度，E₀為入射脈沖激光能量，τ_FWHM為入射脈沖激光時間域半高寬，b為選定的非線性相位；

所述空間自相似模式曲線為曲線，該曲線通過Fox-Li迭代，對于每一個選定的非線性相位b求解介質薄片諧振腔的空間自相似模式，進而對收斂解進行統計得到；

所述Fox-Li迭代的表達式為：

其中，U_i(ρ')為一片介質薄片前表面ρ'處的光場，U_i+1(ρ)為下一片介質薄片前表面ρ處的光場，U₁(ρ₀)為首片介質薄片前表面ρ₀處的光場，J₀(·)為零階貝塞爾函數，

空間自相似模式的約束條件為：

max(|U_i(ρ')|)＝1

其中，為一常數，收斂后由以下公式得到選定的非線性相位b對應的w²/λL：

2.根據權利要求1所述的一種超連續譜產生裝置，其特征在于，所述選定的非線性相位b≤1.2rad。

3.根據權利要求1所述的一種超連續譜產生裝置，其特征在于，所述的介質薄片等效厚度l_eff的計算公式為：

其中，l為介質薄片真實厚度，θ_B為布儒斯特角。

4.根據權利要求1所述的一種超連續譜產生裝置，其特征在于，所述介質薄片諧振腔的頭位置由空間自相似模式曲線中選定的非線性相位b對應的橫坐標和縱坐標確定。

5.根據權利要求4所述的一種超連續譜產生裝置，其特征在于，所述頭位置d₀的計算公式為：

β＝α_b×f(b)

其中，β為首片介質薄片距聚焦透鏡焦點的距離與光束瑞利長度的比值，f(b)為空間自相似模式曲線中選定的非線性相位b對應的縱坐標。

6.根據權利要求5所述的一種超連續譜產生裝置，其特征在于，焦點半徑通過β得到，焦點半徑決定首片介質薄片前表面處光場的空間相位，所述焦點半徑w₀的計算公式為：

其中，w為介質薄片上有效光斑半徑。

7.一種利用權利要求1-6任一所述的超連續譜產生裝置的超連續譜產生方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟S1：設定選定的非線性相位b和入射脈沖激光能量E₀；

步驟S2：獲得介質薄片克爾系數n₂、介質薄片等效厚度l_eff、入射脈沖激光波長λ和入射脈沖激光時間域半高寬τ_FWHM；

步驟S3：利用選定的非線性相位b、入射脈沖激光能量E₀、介質薄片克爾系數n₂、介質薄片等效厚度l_eff和入射脈沖激光時間域半高寬τ_FWHM，通過以下公式計算得到介質薄片上有效光斑半徑w：

步驟S4：通過對光場進行Fox-Li遞歸獲得空間自相似模式曲線；

步驟S5：利用空間自相似模式曲線、介質薄片上有效光斑半徑w和入射脈沖激光波長λ，通過以下公式計算得到介質薄片諧振腔的腔長L：

步驟S6：根據介質薄片諧振腔的腔長L設置介質薄片諧振腔，飛秒激光器發射的脈沖激光依次通過反射鏡、半波片、偏振片、聚焦透鏡、介質薄片諧振腔和準直透鏡產生超連續譜；

步驟S7：微調入射脈沖激光能量以及腔長L，優化超連續譜寬度以及輸出激光脈沖空間模式。