[发明专利]宽带飞秒脉冲高效率转换为窄线宽皮秒脉冲装置

说明书

本发明公开了一种将宽带飞秒脉冲高效率转换为窄线宽皮秒脉冲的装置。本发明提出了一种可以高效率将宽带飞秒脉冲转换为窄带皮秒脉冲的装置。利用群速度失配的方法实现了从飞秒激光器产生具有高转换效率的窄带皮秒二次谐波，和利用光参量放大方法实现了高转换效率的窄带皮秒基频光脉冲的方法，同时还可以同时产生双波长的窄带皮秒脉冲输出。本发明提出了一种宽带飞秒脉冲高效率转换为窄线宽皮秒脉冲的装置，该系统包括激光模块，分光模块，光束整形模块，二次谐波产生模块，光谱滤波窄化模块，光参量放大模块，时间延时模块。本发明结构紧凑简单，转换效率高，波长可调谐，在宽带超快光谱中将有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种超快非线性光学装置，特别是一种宽带飞秒脉冲高效率转换为窄线宽皮秒脉冲的装置。

背景技术

在宽带超快光谱的某些应用中，例如宽带红外表面和频振动光谱，飞秒激发拉曼光谱和飞秒相干反斯托克斯拉曼光谱等，需要将一个宽带飞秒脉冲光和一个窄线宽皮秒脉冲光同步起来。窄线宽皮秒脉冲决定了这些宽带超快光谱的光谱分辨率。因此，有很多研发工作是实现和改进如何从一个宽带飞秒激光中获得窄线宽皮秒脉冲。

缩小飞秒脉冲带宽的最简单方法是使用窄带通滤光片，也可以使用单色仪滤波，但是会产生一定的啁啾量。更好的方法是使用零色散4f脉冲整形器，该方法是在傅立叶平面上放置一个狭缝，只让窄带宽光谱通过，利用改变狭缝的宽度调节带宽，可以灵活改变光谱分辨率。使用2维液晶空间光调制器代替4f脉冲整形器中的狭缝，可以产生更窄的带宽。在光路中插入法布里-珀罗标准具也可以起到滤波产生窄线宽皮秒脉冲。法布里-珀罗标准具产生的光谱线型是洛伦兹线型，这可以大大简化光谱拟合和分析。这些滤波方法都具有比较高的能量损耗的缺点，且能量损耗与光谱变窄成比例，不容易获得高功率的窄线宽皮秒激光。通过同步一台飞秒激光器器和一台几十皮秒激光器，可以获得很高功率的窄线宽皮秒激光，并实现高分辨光谱。但是，该方案价格昂贵，几乎是普通宽带光谱系统的两倍。利用非线性光学系统可以有效地产生窄带皮秒脉冲，从而可以将宽带脉冲的很多能量转移到窄带皮秒脉冲中。利用两束频率相同、啁啾相反的宽脉宽脉冲在I型BBO晶体中的和频可以产生有效的二次谐波。具有不同频率、相同啁啾的两个脉冲之间的差频也可以提供有效的窄带脉冲。但这种技术相当复杂，因为它需要使用一对精心平衡的脉冲压缩器。一种简单的技术是基于二次谐波(SH)的产生，利用SH和基频(FF)脉冲之间具有较大的群速度失配，在长非线性晶体中产生窄带宽皮秒。但是，为了避免SH生成过程的饱和，无法输出高功率的SH。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种宽带飞秒脉冲高效率转换为窄线宽皮秒脉冲的装置。该装置可以高效率将宽带飞秒脉冲转换为窄带皮秒脉冲。利用SH和FF脉冲在非线性晶体中的群速度失配，并且我们通过选择晶体的方位角得到较小的二次谐波非线性系数，不仅获得了高效率的转换，而且还避免了SH过程的饱和效应，得到了高功率的SH。利用光参量放大方法，我们实现了高转换效率的窄带皮秒基频光脉冲，同时还可以同时产生双波长的窄带皮秒脉冲输出。

本发明公开了一种宽带飞秒脉冲高效率转换为窄线宽皮秒脉冲的装置，该装置包括激光模块，分光模块，光束整形模块，二次谐波产生模块，光谱滤波窄化模块，光参量放大模块，时间延时模块。激光模块，用于产生特定波长的飞秒激光脉冲；分光模块，用于将光源按一定功率比例分成两束激光输出；光束整形模块，用于将光斑缩束或者扩束，改变光斑大小；二次谐波产生模块，用于产生二次谐波；光谱滤波窄化模块，用于将一个宽带宽光谱窄化为窄带宽的模块；光参量放大模块，用于实现光参量放大的模块；时间延时模块，用于调节时间延时的模块。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：宽带飞秒脉冲高效率转换为窄线宽皮秒脉冲装置，包括：激光模块、第一分束单元、光谱滤波窄化模块、第二光束整形单元、时间延时模块、第一反射镜、第一光束整形单元、反射单元、二次谐波产生模块、第二反射镜、第二分束单元、光参量放大模块；

所述激光模块的输出光路上设有第一分束单元；