[發(fā)明專利]一種超連續(xù)譜產(chǎn)生裝置及超連續(xù)譜產(chǎn)生方法

有效

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• 申請日: 2020-06-27
• 公開（公告）號: CN111755939B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設計）人: 陶鎮(zhèn)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(chǎn)權代理有限公司 31225
• 代理人: 宣慧蘭

本發(fā)明涉及一種超連續(xù)譜產(chǎn)生裝置及超連續(xù)譜產(chǎn)生方法，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、多片等腔長排列的介質(zhì)薄片組成的介質(zhì)薄片諧振腔和準直透鏡；方法包括：設定和獲得預置參數(shù)，計算得到介質(zhì)薄片上有效光斑半徑，獲得空間自相似模式曲線，計算得到介質(zhì)薄片諧振腔的腔長，產(chǎn)生超連續(xù)譜以及超連續(xù)譜的優(yōu)化。與現(xiàn)有技術相比，通過激光器參數(shù)推導諧振系統(tǒng)的物理參數(shù)，避免了人工擺放介質(zhì)薄片帶來的不確定性，可保證獲得能量轉(zhuǎn)換效率高、空間自相似模式優(yōu)的超連續(xù)輸出；占用比充氣中空光纖更小的空間，適用于多種不同激光功率、脈沖能量以及波長的入射激光。

技術領域

本發(fā)明涉及超快光學和非線性光學技術領域，尤其是涉及一種超連續(xù)譜產(chǎn)生裝置及超連續(xù)譜產(chǎn)生方法。

背景技術

超連續(xù)譜光源在超快光學和非線性光學研究中有非常重要的應用。超連續(xù)譜光源可以覆蓋廣泛的頻譜范圍，是研究氣體、液體和固體材料超快光譜學的重要工具。同時，超連續(xù)譜光源作為種子光源被廣泛應用于光學參量放大器等激光產(chǎn)品中，經(jīng)過再生放大，根據(jù)需要產(chǎn)生可以調(diào)節(jié)波長的激光輻射。另一方面，通過對于超連續(xù)譜光源的相位糾正，可以將激光脈沖在時間上壓縮成超短脈沖，從而產(chǎn)生極強的光場強度，這一方法被廣泛應用于研究氣體、液體和固體材料在強光場作用下的超快和極端非線性響應過程。

連續(xù)譜產(chǎn)生現(xiàn)階段主要由充氣中空光纖超連續(xù)譜產(chǎn)生裝置實現(xiàn)，該裝置包含以下部分：中空光纖一根；帶有V型光纖安裝槽的安裝臺一個；布魯斯特角入射和出射窗口；觀察窗；安裝在二維運動平臺上的入氣和出氣口及腔體。

目前現(xiàn)有充氣中空光纖超連續(xù)譜產(chǎn)生裝置滿足0.4mJ至13mJ脈沖能量激光的超連續(xù)譜產(chǎn)生，實現(xiàn)約70％的透射效率。利用充氣中空光纖超連續(xù)譜產(chǎn)生裝置的缺點是：1)安裝操作復雜，需要特殊訓練人員維護；2)激光與光纖耦合穩(wěn)定性差，帶來輸出強度，相位以及頻譜寬度等參數(shù)上的不穩(wěn)定性；3)光纖系統(tǒng)壽命有限，容易被高能量激光脈沖損壞。

基于多介質(zhì)薄片的連續(xù)譜產(chǎn)生裝置在近年來也得到了實現(xiàn)和應用。現(xiàn)有的基于多介質(zhì)薄片的連續(xù)譜產(chǎn)生方案主要是基于實驗經(jīng)驗選擇合適的介質(zhì)材料、薄片厚度以及薄片的擺放位置，以期得到最寬的光譜。同時，由于現(xiàn)有方法實現(xiàn)過程中并未使系統(tǒng)接近非線性諧振狀態(tài)并達到合適的運行參數(shù)，傳播過程中的錐形散射效應極大破壞光斑的橫向空間自相似模式。因此，需要通過空間濾波實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的激光傳播模式，濾波效率通常只有60％左右。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種超連續(xù)譜產(chǎn)生裝置及超連續(xù)譜產(chǎn)生方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種超連續(xù)譜產(chǎn)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(zhì)薄片諧振腔和準直透鏡，所述介質(zhì)薄片諧振腔由多片等腔長排列的介質(zhì)薄片組成，多片介質(zhì)薄片的厚度一致，所述介質(zhì)薄片諧振腔的腔長由介質(zhì)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(zhì)薄片諧振腔的腔長L計算公式為：

其中，w為介質(zhì)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(zhì)薄片上有效光斑半徑的平方正相關。

所述選定的非線性相位b≤1.2rad。

所述的介質(zhì)薄片上有效光斑半徑通過以下公式得到：

其中，n₂為介質(zhì)薄片諧振腔的介質(zhì)薄片克爾系數(shù)，l_eff為介質(zhì)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。

所述的介質(zhì)薄片等效厚度l_eff的計算公式為：