一種極紫外激光的調(diào)q裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種極紫外激光的調(diào)Q裝置及其使用方法，利用腔外透鏡實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)Q開關(guān)功能并控制腔內(nèi)工作介質(zhì)(惰性氣體)與驅(qū)動光源相互作用產(chǎn)生高次諧波，從而得到Q值可控的極紫外激光，適用于極紫外激光(高次諧波)的產(chǎn)生和調(diào)Q等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]極紫外乃至X射線激光一般難以采用傳統(tǒng)的激光晶體來產(chǎn)生，而且由于其易于被大氣吸收，通常需要將激光產(chǎn)生元件置于真空環(huán)境中。因此，極紫外乃至X射線激光一般以高次諧波的形式產(chǎn)生，即強(qiáng)場可見激光與惰性氣體相互作用獲得基頻光的高倍頻輸出，這是一種利用高階非線性效應(yīng)得到的極紫外激光，但這種方式產(chǎn)生的極紫外激光一般效率低下且不容易實(shí)現(xiàn)調(diào)Q功能。
[0003]Q開關(guān)是激光系統(tǒng)中一個重要的光學(xué)元件，它通過阻斷或不阻斷光的反射通道來抑制或產(chǎn)生激光脈沖，分主動Q開關(guān)和被動Q開關(guān)。主動Q開關(guān)是由外部機(jī)械或電子信號使Q值發(fā)生變化；被動Q開關(guān)是由激光器自身完成Q值的變化。他們的共同原理都是有意降低初始激發(fā)出來的光子數(shù)量，即Q值。傳統(tǒng)的主動Q開關(guān)主要由石英晶體，壓電轉(zhuǎn)換器，阻抗元件，射頻插頭和殼體等組成。壓電轉(zhuǎn)換器沒有施加射頻信號時，石英晶體保持原有的常規(guī)折射率，使得激光棒發(fā)射出來的平行光能透過石英晶體經(jīng)反光鏡返回后再穿過石英晶體，從而能再次返回激光棒。一旦壓電轉(zhuǎn)換器沒有施加射頻信號，壓電轉(zhuǎn)換器立即在石英體內(nèi)產(chǎn)生超聲波使它的折射率發(fā)生變化，這樣透過石英晶體的光線發(fā)生折射而偏離反光鏡，使光線無法返回激光棒。由于光子返回激光棒是激發(fā)激光的必要條件，因此給壓電轉(zhuǎn)換器施加和撤除射頻信號，成為關(guān)掉和釋放激光的控制手段。
[0004]由于高次諧波過程不同于傳統(tǒng)的激光產(chǎn)生過程，傳統(tǒng)的Q開關(guān)不適用于極紫外乃至X射線激光(高次諧波)系統(tǒng)，因此，提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種極紫外激光的調(diào)Q裝置及其使用方法，該裝置屬于主動Q開關(guān)類型，利用腔外透鏡的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)Q開關(guān)功能并控制腔內(nèi)工作介質(zhì)(惰性氣體)與驅(qū)動光源相互作用產(chǎn)生高次諧波，從而得到Q值可控的極紫外激光。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種極紫外激光的調(diào)Q裝置，包括光源，所述光源的一側(cè)安裝有分束片，所述分束片將光源分成驅(qū)動光束和調(diào)Q光束，所述驅(qū)動光束的一側(cè)安裝有第一平移臺，所述第一平移臺內(nèi)部安裝有驅(qū)動透鏡，第一平移臺的一側(cè)安裝有第一全反鏡，所述第一全反鏡的下方安裝有第二全反鏡，所述第二全反鏡的一側(cè)安裝有第三全反鏡，所述第三全反鏡的下方安裝有合束片；所述調(diào)Q光束的一側(cè)安裝有第二平移臺，所述第二平移臺內(nèi)部安裝有調(diào)Q透鏡，第二平移臺的一側(cè)安裝有第四全反鏡，所述第四全反鏡的一側(cè)安裝有橢偏器，所述橢偏器位于合束片的一側(cè)，所述合束片的另一側(cè)安裝有氣體盒，所述氣體盒內(nèi)有惰性氣體，氣體盒的內(nèi)部還具有調(diào)Q焦點(diǎn)和驅(qū)動焦點(diǎn)，氣體盒的外部安裝有鋁膜，所述鋁膜的一側(cè)為Q值可調(diào)的極紫外激光，所述的氣體盒、鋁膜和極紫外激光均置于真空環(huán)境中。
[0007]一種極紫外激光的調(diào)Q裝置的使用方法，包括以下步驟:
(1)驅(qū)動光源，通過分束片將光源分成調(diào)Q光束和驅(qū)動光束；
(2)調(diào)Q光束通過調(diào)Q透鏡在氣體盒內(nèi)形成調(diào)Q焦點(diǎn)，所述調(diào)Q焦點(diǎn)的位置調(diào)節(jié)通過第二平移臺改變調(diào)Q透鏡的位置來實(shí)現(xiàn)，所述調(diào)Q光束通過橢偏器來調(diào)節(jié)橢偏度，抑制調(diào)Q光束自身的高次諧波輻射；
(3)驅(qū)動光束通過驅(qū)動透鏡在氣體盒內(nèi)形成驅(qū)動焦點(diǎn)，所述驅(qū)動焦點(diǎn)的位置調(diào)節(jié)通過第一平移臺改變驅(qū)動透鏡的位置來實(shí)現(xiàn)，使其正好位于氣體盒的中間位置；
(4)所述調(diào)Q光束的脈沖需要先于驅(qū)動光束的脈沖抵達(dá)氣體盒，實(shí)現(xiàn)惰性氣體的工作狀態(tài)的預(yù)設(shè)，輸出的高次諧波通過鋁膜進(jìn)行基頻光和雜散光的過濾，最終得到Q值可控的極紫外激光。如此，調(diào)Q光束通過調(diào)Q透鏡的操控來改變惰性氣體的工作狀態(tài)，驅(qū)動光束通過驅(qū)動透鏡匯聚后與氣體盒內(nèi)的惰性氣體相互作用來產(chǎn)生并放大高次諧波，從而實(shí)現(xiàn)Q值可控的極紫外激光輸出。
[0008]本發(fā)明極紫外激光調(diào)Q裝置的原理如下:首先，驅(qū)動光束通過驅(qū)動透鏡的調(diào)控將驅(qū)動焦點(diǎn)預(yù)設(shè)在氣體盒的正中間處；而調(diào)Q光束通過調(diào)Q透鏡的移動來改變氣體盒內(nèi)調(diào)Q焦點(diǎn)的位置(調(diào)Q焦點(diǎn)的位置可從氣體盒最左側(cè)調(diào)諧到最右側(cè)，即可前后掃過驅(qū)動焦點(diǎn)的位置)。然而，調(diào)Q焦點(diǎn)的不同位置將引起惰性氣體在驅(qū)動焦點(diǎn)處的不同工作狀態(tài)(分基態(tài)、激發(fā)態(tài)和電離態(tài)等狀態(tài))。當(dāng)調(diào)Q焦點(diǎn)遠(yuǎn)離驅(qū)動焦點(diǎn)時，惰性氣體工作狀態(tài)為基態(tài)，此時能產(chǎn)生高次諧波輻射，但效率很低；當(dāng)調(diào)Q焦點(diǎn)接近驅(qū)動焦點(diǎn)時，惰性氣體工作狀態(tài)為激發(fā)態(tài)，此時產(chǎn)生高次諧波的效率極高，呈現(xiàn)數(shù)十倍地增強(qiáng)，狀態(tài)最佳，相當(dāng)于Q開關(guān)狀態(tài)為“開”;當(dāng)調(diào)Q焦點(diǎn)與驅(qū)動焦點(diǎn)幾乎重合時，惰性氣體工作狀態(tài)為電離態(tài)，此時高次諧波的產(chǎn)生過程被破壞，幾乎沒有任何高次諧波輻射，此時狀態(tài)最差，相當(dāng)于Q開關(guān)狀態(tài)為“關(guān)”。此外，氣體盒腔內(nèi)惰性氣體的氣壓也將影響Q開關(guān)的調(diào)節(jié)效果，需要選擇合適的工作氣壓以期達(dá)到最佳調(diào)Q效果。如此，利用腔外調(diào)Q透鏡的改變和腔內(nèi)工作氣壓的優(yōu)化就能實(shí)現(xiàn)最佳的Q開關(guān)功能。
[0009]本發(fā)明的特色和創(chuàng)新如下:
1、本發(fā)明利用腔外透鏡即可實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)Q開關(guān)功能，與傳統(tǒng)的Q開關(guān)方式相比，無需植入或破壞激光工作腔；
2、本發(fā)明的本質(zhì)是改變惰性氣體的工作狀態(tài)，與傳統(tǒng)的Q開關(guān)方式相比，無需阻斷光反射通道；
3、由于惰性氣體幾乎不可損壞(撤銷驅(qū)動光源即可恢復(fù)原樣)，能無限次重復(fù)使用，因此與傳統(tǒng)的Q開關(guān)方式相比，壽命長，耐極值；
4、本發(fā)明的Q開關(guān)效果由腔外的透鏡位置和腔內(nèi)的工作氣壓共同決定；
5、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作簡易，適用于極紫外激光的調(diào)Q過程。
[0010]本發(fā)明是一種極紫外激光(高次諧波)的調(diào)Q (Q值，即品質(zhì)因數(shù)，Quality factor)裝置及其使用方法，利用腔外透鏡實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)光開關(guān)(即Q開關(guān))的功能，即控制腔內(nèi)惰性氣體與驅(qū)動光源相互作用產(chǎn)生高次諧波的輸出強(qiáng)度，從而得到Q值可控的極紫外激光。驅(qū)動光源通過分束片分成驅(qū)動光束和調(diào)Q光束，驅(qū)動光束通過驅(qū)動透鏡聚焦于氣體盒并與惰性氣體相互作用產(chǎn)生高次諧波，調(diào)Q光束通過調(diào)Q透鏡改變氣體盒(相當(dāng)于激光器諧振腔)內(nèi)的惰性氣體的工作狀態(tài)(相當(dāng)于Q值)，從而實(shí)現(xiàn)極紫外激光的調(diào)Q功能。該裝置和方法不僅可實(shí)現(xiàn)極紫外激光的調(diào)Q功能，使其輸出可控。
[0011]與傳統(tǒng)的Q開關(guān)方式相比，本發(fā)明改變的是工作介質(zhì)的工作狀態(tài)，無需阻斷光反射通道；本發(fā)明利用腔外透鏡即可實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)Q開關(guān)功能，無需植入激光諧振腔。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作簡易，適用性強(qiáng)，不僅提供了極紫外激光輸出的調(diào)Q新手段，而且將促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的深入發(fā)展。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的極紫外激光調(diào)Q裝置的示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)裝置圖；
圖3為20torr氣壓下，掃描調(diào)Q透鏡位置時的高次諧波輸出圖；
圖4為30torr氣壓下，掃描調(diào)Q透鏡位置時的高次諧波輸出圖；
圖5和圖6為本發(fā)明實(shí)施例1的調(diào)Q效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明的極紫外激光的調(diào)Q裝置，包括光源13，光源13的一側(cè)安裝有分束片1，分束片I將光源13分成驅(qū)動光束15和調(diào)Q光束14，驅(qū)動光束15的一側(cè)安裝有第一平移臺4，第一平移臺4內(nèi)部安裝有驅(qū)動透鏡2，第一平移臺4的一側(cè)安裝有第一全反鏡9，第一全反鏡9的下方安裝有第二全反鏡10，第二全反鏡10的一側(cè)安裝有第三全反鏡11，第三全反鏡11的下方安裝有合束片7 ;調(diào)Q光束14的一側(cè)安裝有第二平移臺5，第二平移臺5內(nèi)部安裝有調(diào)Q透鏡3，第二平移臺5的一側(cè)安裝有第四全反鏡12，第四全反鏡12的一側(cè)安裝有橢偏器6，橢偏器6位于合束片7的一側(cè)，合束片7的另一側(cè)安裝有氣體盒8，氣體盒8內(nèi)有惰性氣體，氣體盒8的內(nèi)部還具有調(diào)Q焦點(diǎn)1