[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

说明书

本发明公开了一种基于凹球面体镜片与多通腔的超短脉冲产生装置及方法，以获得脉宽小于四十飞秒的超短脉冲激光，并提高脉冲激光光束模式稳定性。本发明的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；非线性光谱展宽模块通过光束在多通腔内多次经过一对自相位调制介质将激光脉冲光谱展宽；自相位调制介质降低了非线性模式匹配要求；本发明的方法中设置了预啁啾调控模块，并通过自相位调制介质位移调节多通腔内非线性相位移和减弱脉冲激光光束的自聚焦效应；本发明产生效率高，并且能够适用峰值功率在设定范围内的输入脉冲。

技术领域

本发明涉及超快激光技术领域，具体涉及一种基于凹球面体镜片与多通腔的超短脉冲产生装置及其产生方法。

背景技术

超短脉冲激光在材料加工、医疗技术和超快科学等方面具有广泛的应用前景。重要的超快科学研究成果非常依赖于先进的超短脉冲激光技术，因此也促进了超快激光技术的发展。传统的钛宝石激光器以峰值功率高，脉冲宽度短的优势，在过去三十多年得到了广泛应用。近年来，在极紫外光和光电子能谱系统的相关应用中，钛宝石激光器正在逐渐被高重复频率，高平均功率掺镱光纤飞秒激光器取代。然而，掺镱光纤飞秒激光器带宽窄，相应的脉冲宽度长，这些带来了后脉冲压缩技术的挑战。

现有飞秒激光器输出的激光脉冲宽度在四十到百飞秒范围。为了进一步获得更短脉冲宽度的超短脉冲，再将激光脉冲输入到单独的后脉冲压缩装置。脉冲压缩装置通常使用的两种基本技术方法是使用充气空芯光纤或者固态熔融石英片在非线性光克尔效应下展宽光谱然后进行色散补偿。相比之下，固态熔融石英片的技术方法可以应用在高于千瓦级平均功率的激光，并且对输入的激光光束稳定度要求较低。但是，在高光强下，固态熔融石英片会出现锥发射，从而使得光束空间模式变差并且输出效率下降。另一方面，激光光束需要多次通过熔融石英片，在此持续展宽光谱的过程中同时会引起时间上的脉冲分裂。并且，现有的多通腔内放置的是平板形材料，只能针对一种特定的脉冲功率，模式匹配仅对多通腔的本征模式匹配而没有考虑腔内材料非线性的模式匹配。

发明内容

为了解决以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于凹球面体镜片与多通腔的超短脉冲产生装置及其产生方法，以减小超短脉冲激光脉宽，提高脉冲激光光束模式稳定性，将高功率长脉宽的飞秒激光器提升为脉冲时间宽度小于四十飞秒的超短脉冲激光。

本发明的一个目的在于提出一种基于凹球面体镜片与多通腔的超短脉冲产生装置。

本发明的基于凹球面体镜片与多通腔的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；