[发明专利]飞秒高功率超连续白光产生装置与方法

说明书

本发明公开了一种飞秒高功率超连续白光产生装置与方法，包括沿基频飞秒激光入射方向依次放置的第一微透镜阵列、第一4f系统、超连续白光产生介质、第二4f系统和第二微透镜阵列。飞秒激光通过第一微透镜阵列聚焦成多焦点阵列，经过第一4f系统入射到白光产生介质，并在介质内产生多条细丝，同时出射多束白光光源；多束白光经过第二4f系统和第二微透镜阵列后可整形为具有准高斯空间分布的高功率超连续白光。本发明利用微透镜阵列聚焦飞秒激光在介质中产生低能量多丝光源，通过对多光束光源整形可实现高功率超连续白光的产生。本发明可解决传统单束飞秒激光产生超连续白光时受限于介质损伤阈值，无法产生高能量稳定超连续白光的难题。

【技术领域】

本发明属于超连续白光技术领域，具体涉及一种飞秒高功率超连续白光产生装置与方法。

【背景技术】

超连续白光是指当超短激光脉冲入射到非线性介质内，由于介质的色散和自相位调制等各种非线性效应，使出射激光光谱得到极大展宽而产生的具有连续光谱分布的白光辐射。超连续白光不仅具有激光光源亮度高和方向性号的优点，而且还具有传统光源的宽光谱特性，因此在光学测量、分子光谱学、共聚焦显微镜、光学相干层析、生物医学成像等诸多研究领域具有非常重要的应用。

利用飞秒激光脉冲产生超连续白光时，需要将激光脉冲聚焦入射到介质内(如水、甲苯、石英、光子晶体光纤等)。飞秒激光聚焦到透明介质后，由于自聚焦和等离子体散焦效应的共同作用，将在介质中产生稳定传输的等离子体细丝通道。为了保证出射白光的均匀性和稳定性，入射激光脉冲的能量需要控制介质的损伤阈值内，因此出射白光脉冲的能量往往很低，从而大大限制了超连续白光的应用。因此，需要开发高功率超连续白光的产生方法和装置。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种飞秒高功率超连续白光产生装置与方法。与传统方法相比较，本发明产生的超连续白光功率可以提高两个以上量级，出射光束具有较好的光斑模式，同时还具有结构简单、激光聚焦参数可调的优点。

为了达到上述目的，本发明实施的技术方案如下：

一种飞秒高功率超连续白光产生装置，包括飞秒激光器，沿激光传播方向依次同轴设置的第一微透镜阵列、由第一透镜和第二透镜组成的第一4f系统、非线性透明介质、由第三透镜和第四透镜组成的第二4f系统和第二微透镜阵列。

所述的第一微透镜阵列与第一透镜共焦放置，第一透镜和第二透镜共焦放置。

所述的非线性透明介质置于第二透镜焦点位置附近，且前后位置可调。

所述的第三透镜置于非线性透明介质后一倍焦距处，第四透镜与第三透镜共焦放置。

所述的第二微透镜阵列置于第四透镜后焦点位置，第二微透镜阵列垂直于入射光方向且能够沿透镜中心旋转。

所述的第一微透镜阵列和第二微透镜阵列均为石英材质，包含18×18的微透镜阵列，子透镜焦距为40mm。

所述的第一透镜和第二透镜焦距分别为100mm和200mm，所述的第三透镜和第四透镜焦距分别为200mm和100mm。

所述的非线性透明介质为盛放在光程为50mm的石英比色皿中的去离子水。

一种基于飞秒高功率超连续白光产生装置的白光产生方法，包括：

飞秒激光器出射的基频飞秒激光经过第一微透镜阵列聚焦成焦点阵列，再经过由第一透镜和第二透镜组成的第一4f系统聚焦到非线性透明介质中，产生周期排列的多条细丝，同时出射多束白光光源；多束白光经过由第三透镜和第四透镜组成的第二4f系统和第二微透镜阵列后整形为具有准高斯空间分布的高功率超连续白光。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：