[实用新型]一种双频钛宝石飞秒激光振荡器

说明书

本实用新型公开了一种双频钛宝石飞秒激光振荡器。本实用新型的的双频钛宝石飞秒激光振荡器包括：泵浦源、钛宝石晶体、第一凹面镜、第二凹面镜、平面反射镜、第一啁啾反射镜、第二啁啾反射镜和输出耦合镜；输出耦合镜为光楔结构，顺时针光和逆时针光进入输出耦合镜，分别经过不同厚度的光程后由外表面输出，分别形成第一路输出激光和第二路输出激光，由于第一路输出激光和第二路输出激光存在光程差，从而具有不同的重复频率；本实用新型只利用一台飞秒激光器，同时输出重复频率不同的两束飞秒激光脉冲，且两束飞秒激光脉冲的重复频率差连续可调，整个激光器结构简单，无任何电路装置控制，是一种全新的钛宝石飞秒激光振荡器。

技术领域

本实用新型涉及超快激光领域，具体涉及一种双频钛宝石飞秒激光振荡器。

背景技术

飞秒激光是过去20年间由激光科学发展起来的最强有力的新工具之一。飞秒脉冲是如此的短，目前已经达到了4fs以内。1飞秒(fs),即10^-15s,仅仅是1千万亿分之一秒，如果将10fs作为几何平均来衡量宇宙，其寿命仅不过1min而已；飞秒脉冲又是如此之强，采用多级啁啾脉冲放大(CPA)技术获得的最大脉冲峰值功率可达到百太瓦(TW，即10¹²W)甚至拍瓦(PW，即10¹⁵W)量级，其可聚焦强度比将太阳辐射到地球上的全部光聚焦成针尖般大小后的能量密度还要高。飞秒激光完全是人类创造的奇迹。

近二十年来，从染料激光器到克尔透镜锁模的钛宝石飞秒激光器，以及后来的二极管泵浦的全固态飞秒激光器和飞秒光纤激光器，虽然说脉冲宽度和能量的记录在不断刷新，但最大进展莫过于获得超飞秒脉冲变得轻而易举了。桑迪亚国家实验室的R.Trebino说:“过去10年中,(超快)技术已有显著改善,钛蓝宝石激光器和现在的光纤激光器正在使这种(飞秒)激光器的运转变得简洁和稳定。这种激光器现在人们已可买到,而10年前,你却必须自己建立。”

根据飞秒激光超短和超强的特点，大体上可以将应用研究领域分成超快瞬态现象的研究和超强现象的研究。飞秒化学、飞秒生物学等新兴学即属于超快瞬态现象的眼球，时间分辨实验可以让人们更加细致地进行超快动力学研究，时间尺度在纳秒或皮秒量级的反应过程，一帧一帧记录下来。此外，相干断层成像、相干控制以及太赫兹时域光谱仪也需要飞秒激光脉冲作为光源。

为了进行时间分辨测量，人们最初采用的是“机械延迟线”的方法。将飞秒激光脉冲分为两束，分别作为泵浦光和探测光，并在其中一束光(通常为探测光)光路中引入时间延迟，改变延迟量即可“扫描”泵浦光和探测光到达探测器的时间差。机械延迟线法通常采用电控平移台或者电控旋转台来实现时间延迟量的扫描，因此保证机械稳定性和扫描过程中的线性是该方法较难克服的困难。此外，机械延迟线法扫描速度过低，一次皮秒时间尺度的扫描需要数分钟才能完成，无法满足工业领域快速扫描的需求。

为了克服机械延迟线法的缺点，Paul Elzinga发明了“异步采样法”。该方法使用两台飞秒激光器，分别作为泵浦和探测光源。两台激光器输出的飞秒脉冲，其重复频率(典型值80MHz)有微小的差别(典型值1kHz)。当某一时刻，两台激光器的输出的脉冲同时到达探测器，那么下一个脉冲将会有时间差，这个时间差为激光器重复频率倒数的差。异步采样法规避了机械不稳定性等问题，同时可以实现高速扫描，一次皮秒时间尺度的扫描大约只需要1ms。但由于整套实验系统中激光器最为贵重，所以采用两台飞秒激光器的“异步采样法”，其成本大大提高。此外，锁定两台飞秒激光器的重复频率，需要复杂的电路系统，提高了系统复杂度。