[发明专利]基于切伦科夫辐射实现亚飞秒级超短脉冲合成的方法

说明书

技术领域

本发明属于光学领域，特别涉及到一种基于切伦科夫辐射实现亚飞秒级超短脉冲合成的方法。

背景技术

超短脉冲激光技术的飞速发展极大地推进了激光与物质相互作用的研究，从早期的纳秒脉冲、皮秒脉冲到现在飞秒脉冲甚至到阿秒脉冲，这些不断缩短的脉冲光源为物理、化学、生物、医疗等领域的研究提供了强有力的工具，同时为更短时间尺度、更高时间分辨的激光与物质相互作用新现象新规律的发现和探索提供了可能。超短脉冲光波形合成技术是实现在亚飞秒到阿秒尺度下操控电子微观行为的重要手段之一。其中，产生高效率宽频谱且相位相干、频率相称的频率梳是实现超快光波形合成的前提和难点。

目前，国内外产生适用于超快光场合成的频率梳主要有分子调制法【参见Science,2011.331(6021):p.1165-1168】和高次谐波法【参见Nature,2004.427(6977):p.817-821】。然而高效的分子调制需要靠近分子拉曼跃迁共振区，因此有效的输出频率范围只限于GHz量级。人们对高次谐波产生方案在理论和实验上开展了大量的探索，但其主要不足在于能量转换效率比较低，一般小于10^-6量级。这两种方法对驱动激光器参数和系统稳定性具有较高要求，并且实验装置庞大复杂，且合成脉冲输出效率距离实际应用仍有较大距离。

利用双折射或准相位匹配法可以实现高效率的高阶谐波产生，并自动满足频率相称的要求。该方案使用全固态光学装置，大大减小了整个实验装置体积和复杂程度，为日后研制稳定可靠的可集成器件提供了可能性【参见Optics Letters,2012.37(14):p.2805-2807】。然而，基于双折射相位匹配及准位相匹配产生高阶谐波的过程面临相位抖动，晶体精密切割，极化制备困难等问题，对制备集成商业化的光函数发生器提出了巨大的挑战。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于切伦科夫辐射实现亚飞秒级超短脉冲合成的方法，本发明的超短脉冲合成方法利用全固态的光学装置，创新性地利用非线性切伦科夫型高阶谐波，降低了对非线性晶体取向切割及结构的制备要求，谐波频率范围从红外及可见光波段拓展到紫外波段。实现亚飞秒级光波形合成过程，完成高效率、高保真度的超快光场波形合成。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于切伦科夫辐射实现亚飞秒级超短脉冲合成的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，建立基准光路，所述基准光路包括六维旋转平移台、非线性晶体、第一色散棱镜、振幅型液晶光调制器、相位型液晶光调制器、第二色散棱镜、第三色散棱镜，

所述非线性晶体置于六维旋转平移台上，入射激光在非线性晶体内偏振沿非线性晶体光轴方向，入射激光在非线性晶体的内表面发生全内反射，旋转六维旋转平移台调节非线性晶体的角度，使非线性切伦科夫辐射在非线性晶体内表面发生，

步骤2，根据入射激光在非线性晶体内表面反射的角度确定各阶倍频光在晶体中的非线性切伦科夫辐射角，利用所得数据设计光路及各光学元件参数，保证各阶光波的时间同步，所述的各阶倍频光在非线性晶体中的非线性切伦科夫辐射方向与基频光反射面法线方向的夹角为θ_m，所述θ_m满足关系式n_msinθ_m＝n₁sinα，其中所述的m为倍频光的阶数，均为正整数，基频光取m＝1；n_m为各阶光波的折射率；α为入射激光在非线性晶体内表面入射方向与反射面法线方向的夹角，θ_m为各阶光波的切伦科夫辐射角；