[发明专利]利用时间塔尔博特效应产生激光脉冲和光谱

说明书

一种产生激光脉冲(1)的方法包括以下步骤：在谐振器装置(11)中产生循环光场，谐振器装置(11)具有谐振器长度L和腔内色散，且被配置为用于支持光场的多个谐振器模；通过锁模装置产生激光脉冲(1)的脉冲串，其中，所述激光脉冲(1)以重复频率产生且它们在频率空间中提供具有载波频率ω₀和多个梳模的频率梳，其中，选择腔内色散，使得往返行程相位φ根据以下公式与频率ω有关：其中，m是一个整数，其与光学载波频率ω_o下的模间隔ω_r组合给出有效重复率(mω_r)；以及锁模装置提供谐振器模的耦合，使得相邻的模频率(ω_n、ω_n+1)之间的频率差(Δ_n＝ω_n+1‑ω_n)是模频率数n的线性函数。此外，还描述了用于研究样本的光谱学方法、激光脉冲源设备和光谱学设备。

技术领域

本发明涉及一种特别是通过激光谐振器的谐振器模的模耦合产生激光脉冲的脉冲串的方法。此外，本发明涉及一种利用激光脉冲的脉冲串来研究样本的光谱学方法。此外，本发明涉及一种激光脉冲源设备以及一种包括激光脉冲源设备的光谱学设备。本发明的应用是可行的，例如用于激光物理学、特别是光谱学。

背景技术

在本说明书中，参考了以下说明本发明的技术背景的现有技术：

[1]Th.Udem等，在“Nature”416，233(2002)中；

[2]M.Hofer等，在“Opt.Lett.”16，502(1991)中；

[3]T.Ideguchi等，在“Nat.Commun.”5，3375(2014)中；

[4]B.Bernhardt等，在“Nature photonics”4，55(2010)中；

[5]S.Teng等，在“Opt.Commun.”315，103(2014)中；

[6]J.等，在“Appl.Opt.”38，6700(1999)中；

[7]T.Suzuki等，在“Opt.Expr.”18，23088(2010)中。

通过激光谐振器的谐振器模的模耦合产生激光脉冲是众所周知的。常规的脉冲激光器通常产生可以在频率空间中被表示为具有等距的梳模的频率梳的激光脉冲的脉冲串，等距的梳模由脉冲串的时间周期性产生(例如[1])。

产生频率梳的脉冲激光器、如锁模光纤激光器[2]在激光物理学、计量学、光谱学和/或阿秒脉冲产生方面有许多应用。特别地，双梳光谱学已经被提出[3、4]，其中，傅立叶变换光谱学是用两个各自具有等距模间隔的常规频率梳实施的。第一个频率梳通过样本发射，然后与第二个频率梳叠加，第二个频率梳具有与第一个频率梳相比稍微不同的重复率。第一和第二频率梳发生干涉，从而获得可以用光电二极管测量的射频范围内的拍频信号，进而产生关于第一频率梳的模频率与样本的相互作用的信息。常规的双梳光谱学在所需的两个单独的频率梳、其必要的稳定化和对所谓的光电二极管信号的自适应采样的需要方面具有缺点。特别地，双梳光谱学的应用受到梳的相对抖动的限制。

塔尔博特(Talbot)效应在1836年首次被描述为在光栅的近场中观察到的一种奇特现象。在菲涅耳近似下，对单个刻线对总场的贡献进行求和，出现了一个形式的项，其中，波数为k，刻线数为l，间隔为a，与光栅的距离为z。l上的求和一般会产生相当复杂的强度分布。Talbot指出，虽然这个项在z＝ka²/4π的距离上简化为exp(-i2πl²)＝1。其余项加起来就是在z＝0处的强度，假若这个强度具有以a[5]的周期性。