[发明专利]基于凹球面体镜片与多通腔的超短脉冲产生装置及方法

权利要求书

1.一种基于凹球面体镜片与多通腔的超短脉冲产生装置，其特征在于，所述超短脉冲产生装置包括：飞秒光纤激光器、预啁啾调控模块、光束模式匹配模块、非线性光谱展宽模块和色散补偿模块；其中，非线性光谱展宽模块包括多通腔耦合镜、两个多通腔腔镜和一对自相位调制介质，多通腔耦合镜位于多通腔腔镜前，两个多通腔腔镜凹面相向且相隔设定的距离构成多通腔，一对自相位调制介质采用固态凹球面体非线性材料，自相位调制介质的中心位于多通腔中心轴上，自相位调制介质的形状为凹球面体，在自身中心处的厚度最薄且越远离自身中心位置的厚度越厚，材料采用透明的具有光克尔效应的非线性材料，一对自相位调制介质对称放置于多通腔中心两侧，并且关于多通腔的中心对称，并且分别放置在平移台上，平移台能够带动一对自相位调制介质对称地远离或者靠近中心；

飞秒激光器发出激光脉冲光束至预啁啾调控模块，激光脉冲光束为准直光束；预啁啾调控模块使得激光脉冲光束的偏振方向位于水平面内，并且为激光脉冲光束引入负色散，使得经过自相位调制介质的光谱展宽效果更好，形成预啁啾脉冲光束输入至光束模式匹配模块；光束模式匹配模块将预啁啾脉冲光束束腰在非线性条件下模式匹配为多通腔的本征束腰模式，并使得经变换后的光束束腰的位置位于多通腔的中心；预啁啾脉冲光束经多通腔耦合镜导入至多通腔中；多通腔腔镜在稳定腔条件下形成闭合循环多通光路；一对自相位调制介质作为非线性媒介，在光克尔效应的自相位调制下展宽激光脉冲光谱，并且形状为凹球面体能够抵消光克尔效应的自聚焦效果；在多通腔内，光束的光斑大小从中心向外逐渐变大，每一通光路透过自相位调制介质的光程与透过自相位调制介质的位置有关，而每一通光路透过自相位调制介质的位置与自相位调制介质所处的位置相关，自相位调制介质远离多通腔中心则每一通光路透过自相位调制介质的光程增加，透过自相位调制介质的光程增加使得非线性相位移增加，并且非线性相位移与输出的光束空间模式的大小有关系，因此通过调节一对自相位调制介质的相对位置，同时对称靠近或远离中心，使得光束进入至自相位调制介质的位置不同，来调节光束经过自相位调制介质的光程，从而改变多通腔内的非线性相位移，使得激光脉冲光束相对于设定的入射脉冲能量下，多通腔输出的光束空间模式稳定；经过色散补偿模块对光束进行准直，调节光束偏振方向位于水平面，并对激光脉冲光束进行色散补偿，获得在脉冲光谱宽度范围内的傅里叶极限短脉冲。

2.如权利要求1所述的超短脉冲产生装置，其特征在于，所述预啁啾调控模块采用声光可编程色散滤波器；或者，预啁啾调控模块依次包括：第一半波片、脉冲啁啾调控器件和回射镜，脉冲啁啾调控器件放置在平移台上，脉冲啁啾调控器件采用光栅对或色散棱镜对。

3.如权利要求1所述的超短脉冲产生装置，其特征在于，所述光束模式匹配模块包括：透镜组、延时线和反射镜；透镜组包括凹透镜和凸透镜，在非线性条件下模式匹配为多通腔的本征束腰模式；通过反射镜改变光路，连接透镜组和延时线的激光脉冲光束；延时线包括直角面反射镜、平移台以及直角回射镜或者相互垂直放置的两个反射镜，直角回射镜或者相互垂直放置的两个反射镜放置在平移台上，使用延时线调节光程，使得经变换后的束腰的位置位于多通腔的中心。

4.如权利要求1所述的超短脉冲产生装置，其特征在于，所述非线性光谱展宽模块的多通腔耦合镜的前表面镀有高反膜，反射率为大于99％。

5.如权利要求1所述的超短脉冲产生装置，其特征在于，所述多通腔腔镜为两个凹球面反射镜，两个凹球面反射镜的反射面朝向相对，根据多通腔腔镜的凹球面曲率，按照形成稳定腔条件设定的距离放置，形成稳定腔。

6.如权利要求1所述的超短脉冲产生装置，其特征在于，所述多通腔腔镜具有宽光谱高反射率，光谱范围从900nm～1200nm，反射率大于99％。