[发明专利]一种全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件

说明书

技术领域

本发明涉及螺旋液晶的特定排列的获得以及超短激光脉冲的压缩等技术领域，具体而言是一种全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件。

背景技术

液晶（Liquid Crystals, LCs）在自然界里被发明之后，由于其天然的自组织等特性引起了世界的广泛关注。尤其是伴随着化学合成等工业技术的发展，液晶的制备和其在显示，传感等领域也急速发展，目前显示市场基本上为基于液晶的器件所占领。另外，液晶是天然的周期结构，且其周期与光波长可比拟，并且可以借助外场如温度和电磁场等对其结构进行调制，是天然的光学器件的平台。近年来，随着非线性领域的研究越趋火热，大的调制深度，高非线性响应等特性也同样在液晶中被发现，这无疑为解决光纤中折射率调制低开启了一扇希望之门，基于此，带隙边缘的激光特性，场增强效应均在螺旋液晶中得以实现。所以，利用液晶进行非线性的研究非常具有必要性。

另一方面，脉冲压缩是产生高能量脉冲的一项重要技术，一般可以分为外部辅助和自压缩两种。外部辅助如光栅对，棱镜对单模光纤等虽然可以产生较短的飞秒脉冲，但由于所涉及部件较多，需要非常精确的调节，另外，由于体积较大，各部件对环境非常敏感，故非常难于实现集成。自压缩是利用材料本身的非线性响应，产生自相位调制，同步补偿因结构产生的色散导致的各频率的速度不一，而由于色散作用，产生的频率越来越多，即频谱变宽。由于整个过程没有产生频率的啁啾，故测不准原理适用，所以，最后可以实现脉冲的压缩。但是一般而言，固体和气体材料的非线性折射率系数比较小（~10^-16cm²/W量级或者更小）故要产生明显的非线性效应就需要更大的光强（10¹³ -10¹⁵W /cm²），而这无疑对被压缩脉冲本身的能量密度提出了更高的要求。

螺旋液晶是一种天然的周期性排列结构，其折射率在垂直于旋转轴（z轴）上具有明显的周期调制，而且经测定其非线性折射率系数高达10^-12cm²/W量级以上，这为实现脉冲的自压缩提供了非常好的载体。

基于以上背景，本发明提出了一种波长在全波段可调且可集成的飞秒脉冲压缩技术，为高能量密度脉冲的获得提出一种解决途径。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了实现飞秒脉冲压缩技术中仪器的繁复，受环境影响大且不易实现集成的缺点和不足，提供一种结构简单、成本低廉、便于集成的全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件。

本发明通过以下技术方案予以实现的：一种全波段可调的高集成度飞秒脉冲压缩器件，其包括液晶盒，位于液晶盒入光方向一边的1/4波片及位于液晶盒出光方向一边的线偏振转换器，

所述液晶盒包括由互相平行的两片玻璃或石英组成的盒子及排列于盒子内的螺旋液晶，螺旋液晶的旋转轴与盒子相互垂直，与盒子相互接触的液晶具有平行取向；

所述1/4波片是中心波长位于螺旋液晶形成的带隙的其中之一边缘，且带宽足以覆盖此带边的波长范围； 

所述线偏振光转换器是具有将圆偏振光转换为线偏振光能力的光学元件。

螺旋液晶是由纯液晶中掺入一定比例的手性剂获得。一定比例是指手性剂和螺旋液晶的重量比。对应特定的手性剂，不同的比例对应不同周期，一般而言，实现光波段的重量比为15-35%。

螺距是可以通过不同的手性剂和纯液晶的重量配比进行调节。螺距决定了结构的带隙结构，可以根据激光的波长对螺旋液晶的螺距进行调节。

玻璃或石英表面有一层聚合物薄层，聚合物薄层形成有一定方向的凹槽，凹槽的刻线与薄层直接接触的液晶分子长轴平行。

可容纳液晶的间隙不少于100个螺旋周期的长度，液晶的调制深度为0.15-0.35，液晶的非线性折射率系数在10^-12cm²/W量级以上；可容纳液晶的间隙就是指组成的液晶盒子的两块玻璃（或者石英）的间隔。

选定激光的入射波长在螺旋液晶带隙的边缘。

1/4波片的中心波长位于光子带隙的其中一个边缘。

1/4波片的带宽能覆盖该螺旋液晶带隙的边缘，即从透射率最低到第一个最高所对应的波长范围。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：