[發(fā)明專利]基于空芯反諧振光纖的飛秒激光同步裝置及方法

在審

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• 申請日: 2023-01-06
• 公開（公告）號: CN115995747A
• 公開（公告）日: 2023-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李洪陽;嚴(yán)川川;黃志遠(yuǎn);王新亮;宋立偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/00
• 分類號: H01S3/00;G02B6/02;G02F1/35
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種基于空芯反諧振光纖的飛秒激光同步裝置，其特征在于，包括第一反射鏡、第二反射鏡、平衡光學(xué)互相關(guān)器、第一透鏡、第一真空腔室、空芯反諧振光纖、第二真空腔室、第二透鏡、第三反射鏡、第四反射鏡、光學(xué)延遲線和控制單元；所述空芯反諧振光纖的一端置于所述第一真空室中，另一端置于所述第二真空腔室，所述第一真空腔室和第二真空腔室用于將所述空芯反諧振光纖內(nèi)部抽至真空狀態(tài)；

兩束飛秒激光平行入射，第一束飛秒激光依次經(jīng)過所述光學(xué)延遲線、第一反射鏡和第二反射鏡入射至所述平衡光學(xué)互相關(guān)器，第二束飛秒激光依次經(jīng)過第一透鏡、第一真空腔室、空芯反諧振光纖、第二真空腔室、第二透鏡、第三反射鏡和第四反射鏡入射至所述平衡光學(xué)互相關(guān)器；

所述平衡光學(xué)互相關(guān)器測量兩束飛秒激光之間的時間漂移，并傳輸至所述控制單元，所述控制單元控制所述光學(xué)延遲線實時校正兩束飛秒激光的時間漂移。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于空芯反諧振光纖的飛秒激光同步裝置，其特征在于，所述平衡光學(xué)探測器通過將兩束和頻光的強度轉(zhuǎn)換為電壓信號并相減，若平衡光學(xué)探測器輸出的電壓信號為零，則兩束飛秒激光之間時間漂移為零；否則，兩束飛秒激光之間存在時間漂移時。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于空芯反諧振光纖的飛秒激光同步裝置，其特征在于，所述的光學(xué)延遲線由放置在精密平移臺上的兩個互相垂直的反射鏡組成，所述的精密平移臺由平移臺控制器控制沿著入射飛秒激光方向前后移動，調(diào)整入射飛秒激光的光程控制延時。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于空芯反諧振光纖的飛秒激光同步裝置，其特征在于，所述平衡光學(xué)探測器將輸出的電壓信號傳送至控制單元處理并生成控制信號，精密平移臺根據(jù)控制信號沿著飛秒激光傳輸?shù)姆较蚯斑M(jìn)或后退，置于精密平移臺上的光學(xué)延遲線增加或減少飛秒激光的光程維持平衡光學(xué)探測器輸出零狀態(tài)，即通過閉環(huán)反饋控制實現(xiàn)了兩束飛秒激光的同步。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于空芯反諧振光纖的飛秒激光同步裝置，其特征在于，所述的平衡光學(xué)互相關(guān)器包括有分束片、第五反射鏡、透明材料、第一非線性晶體、第二非線性晶體、第一小孔光闌、第二小孔光闌和平衡光電探測器；

所述的兩束飛秒激光經(jīng)過所述分束片反射的飛秒激光經(jīng)過第五反射鏡反射后，以非共線的形式入射至所述第一非線性晶體，生成兩束飛秒激光各自的倍頻光以及和頻光，經(jīng)所述第一小孔光闌濾除兩束飛秒激光的倍頻光，使和頻光通過并入射至所述平衡光電探測器；

所述的兩束飛秒激光經(jīng)過所述分束片透射的透射光，其中一路經(jīng)透明材料延時后，兩路透射光以非共線的形式入射至所述第二非線性晶體產(chǎn)生各自的倍頻光以及和頻光，經(jīng)所述第二小孔光闌濾除倍頻光，使和頻光通過并入射至所述平衡光電探測器；

所述平衡光學(xué)互相關(guān)器通過將兩個和頻光強度做差并轉(zhuǎn)換為電壓信號即為互相關(guān)信號，通過互相關(guān)信號可測量兩束飛秒激光的時間漂移。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于空芯反諧振光纖的飛秒激光同步裝置，其特征在于，所述互相關(guān)信號通過電學(xué)的方式傳送至控制單元，所述控制單元處理平衡光學(xué)互相關(guān)器的電壓信號形成控制信號，控制信號傳輸至精密平移臺控制所述的光學(xué)延遲線的移動，校正兩束飛秒激光之間的時間漂移，達(dá)到同步兩束飛秒激光的目的。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于空芯反諧振光纖的飛秒激光同步裝置，其特征在于，所述第一非線性晶體和第二非線性晶體為偏磷酸鋇(BBO)、磷酸二氫鉀(KDP)、三硼酸鋰(LBO)或氘化磷酸二氫鉀(DKDP)。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于空芯反諧振光纖的飛秒激光同步裝置，其特征在于，所述的透明材料為氟化鈣或玻璃，所述的控制單元包括有數(shù)據(jù)采集卡和反饋控制程序。

9.一種基于空芯反諧振光纖的飛秒激光同步方法，其特征在于，包括如下步驟：

①搭建權(quán)利要求1-9任一所述基于空芯反諧振光纖的飛秒激光同步裝置；

②令第一束飛秒激光依次經(jīng)過光學(xué)延遲線、第一反射鏡、第二反射鏡進(jìn)入平衡光學(xué)互相關(guān)器；第二束飛秒激光經(jīng)過第一透鏡聚焦后耦合進(jìn)空芯反諧振光纖；

③進(jìn)入平衡光學(xué)互相關(guān)器的兩束飛秒激光經(jīng)過分束片后反射部分經(jīng)第五反射鏡以非共線的形式穿過第一非線性晶體，兩束飛秒激光通過第一非線性晶體后生成各自的倍頻光及和頻光，經(jīng)第一小孔光闌濾除兩束飛秒激光的基頻光和倍頻光后，和頻光入射至平衡光電探測器；兩束飛秒激光的透射部分同樣以非共線的形式穿過第二非線性晶體生成各自的倍頻光及和頻光，其中一束飛秒激光的光路中放入透明材料，該透明材料引入固定的延時作為時間漂移參考，然后經(jīng)第二小孔光闌濾除兩束飛秒激光的基頻光和倍頻光后，和頻光入射至平衡光電探測器。兩束飛秒激光采用非共線的形式更容易達(dá)到相位匹配，同時能夠在空間中分離兩束飛秒激光的倍頻光及和頻光；

⑤平衡光學(xué)探測器通過將兩束和頻光的強度轉(zhuǎn)換為電壓信號并相減，若平衡光學(xué)探測器輸出的電壓信號為零，說明兩束飛秒激光之間時間漂移為零。當(dāng)兩束飛秒激光之間存在時間漂移時，平衡光學(xué)探測器輸出電壓不為零。將平衡光學(xué)探測器輸出的電壓信號傳送至控制單元處理并生成控制信號，精密平移臺根據(jù)控制信號沿著飛秒激光傳輸?shù)姆较蚯斑M(jìn)或后退，置于精密平移臺上的光學(xué)延遲線增加或減少飛秒激光的光程維持平衡光學(xué)探測器輸出零狀態(tài)，即通過閉環(huán)反饋控制實現(xiàn)了兩束飛秒激光的同步；

⑥控制單元未打開時，記錄平衡光學(xué)探測器輸出電壓信號的變化。當(dāng)打開自制的控制單元，再次記錄平衡光學(xué)探測器輸出電壓信號的變化，判斷兩束飛秒激光的時間同步精度。