[发明专利]超强超短激光脉冲超连续谱的调控装置及其调控方法

说明书

技术领域

本发明涉及超强超短激光脉冲的传输与光谱展宽，特别是一种超强超短激光脉冲超连续谱的调控装置及其调控方法。

背景技术

超强超短激光脉冲在介质中传输时，如果脉冲能量足够高将会引起激光成丝效应，形成等离子体通道并且产生超连续谱。超强超短激光脉冲在自由传输的状态下成丝，有利于激光能量在相当长距离内比较稳定的传输，因此激光成丝现象一直受到人们的广泛关注。而在激光成丝过程中所伴生的超连续谱也具有很大的潜在应用价值。

自1970年Alfano和Shapiro在实验中观测到超连续谱以来，人们就一直在探究其本质并同时发展其应用。1999年S.L.Chin指出，从某种角度来讲超连续谱其实是一种白光激光。这种白光激光也早已被应用于大气遥感、激光脉冲压缩等诸多领域。在超连续谱的具体应用中常会面临的问题是如何对超连续谱进行调控，比如改变超连续谱脉冲强度的时域分布等。

2003年I.S.Golubtsov等人从理论上指出通过调制激光脉冲的初始相位可以控制激光成丝过程和超连续谱的产生(Quantum Electron.33(2003)525)。2008年HAOZuo-Qiang和ZHANG Jie等人在实验中证实了激光脉冲的初始啁啾对激光成丝超连续谱产生的影响(CHIN.PHYS.LETT.25(2008)1365)。2005年Hui Yang和Jie Zhang等人还研究了激光脉冲成丝过程中超连续谱的产生对于激光偏振的依赖关系(Opt.Lett.30(2005)534)。当然通过改变激光脉冲的峰值功率等方式，也可以对激光成丝所产生的超连续谱起到一定的调制作用。然而上述在先技术也只是在一定程度上增强激光成丝所产生的超连续谱，且必需通过改变激光源的输出脉冲性质来实现。这显然远不能满足各种应用需求，亟需对于激光成丝超连续谱更多更有效的调控方法。

发明内容

本发明的目的主要是应用空间等离子体光栅实现对超强超短激光脉冲超连续谱的调控，使超连续谱能量从一束光转移到另一束光，并可以增强激光成丝过程中光谱的展宽效应。基于等离子体光栅方便调节和破坏阈值高等特点，该方法在超强超短激光脉冲的传输与光谱控制等方面有很大的推广价值。

本发明的技术解决方案如下：

一种超强超短激光脉冲超连续谱的调控装置，其特点在于，该装置包括钛宝石飞秒激光器，在该钛宝石飞秒激光器的输出方向设有第一衰减片和分束片，该分束片将一束激光分为透射光束G(t)和反射光束G(f)，所述的透射光束G(t)经过第二可变衰减片和由第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、第二平移台所组成的时间延迟线，由所述的第七反射镜输出入射到凹面镜；所述的反射光束G(f)经过第一反射镜、第二反射镜和安装在第一平移台上的第三反射镜后输出，所述的透射光束G(t)和反射光束G(f)平行入射到所述的凹面镜上经反射后交叉聚焦，在激光成丝所产生的等离子体通道内，由于双光束干涉而形成一个空间等离子体光栅。

利用上述的超强超短激光脉冲超连续谱的调控装置进行超强超短激光脉冲超连续谱的调控方法，其特征在于包括下列内容，

通过移动第一平移台(7)，改变所述的反射光束G(f)入射位置，即改变所述的反射光束G(f)和透射光束G(t)经所述的凹面镜(14)反射输出两光束间的夹角α，从而确定所述空间等离子体光栅(15)的有效作用长度L和光栅常数Λ；

通过在透射光束G(t)入射方向上移动第二平移台(12)，使透射光束G(t)和反射光束G(f)从分束片(3)至两光束交叉聚焦处的光程相等，即在激光成丝状态下使两光束交叉聚焦处的荧光强度达到最大，说明两脉冲已然相互作用从而形成空间等离子体光栅(15)；

通过调节第二可变衰减片(8)改变所述透射光束G(t)的脉冲能量，即可改变所述空间等离子体光栅(15)中的光致等离子体折射率变化Δn_p；

通过以上所述的各种调节方式，能够有效控制超强超短激光脉冲成丝所产生的超连续谱，实现超连续谱能量不同程度的增强与转移。

本发明的基本原理在于：飞秒激光脉冲在空气中成丝将产生等离子体形成的通道，而在等离子体通道内发生双光束交叉干涉，便可以形成一个等离子光栅，其光栅常数为：

Λ＝λ₀/[2sin(α/2)]                                                  (1)

式中：λ₀为交叉干涉激光的波长，α表示这两束激光的交叉夹角。