一種獲得高重頻、大能量紫外可調(diào)諧激光脈沖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]自從激光光源發(fā)明以來(lái)，其單色性好，亮度高的特性為人們的生產(chǎn)及生活帶來(lái)了巨大的便利。隨著激光光源應(yīng)用的日益廣泛，為拓展其應(yīng)用范圍，輸出波長(zhǎng)在一定波段范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)諧的可調(diào)諧激光已成為激光技術(shù)的研究熱點(diǎn)。尤其是在一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如遠(yuǎn)距離光譜診斷、同位素分離等方面，對(duì)高重頻、大能量的紫外可調(diào)諧激光光源提出了更高的要求。如高速流場(chǎng)及燃燒場(chǎng)診斷中需要紫外可調(diào)諧激光光源脈沖間隔小于1ms(脈沖重復(fù)頻率為相鄰脈沖時(shí)間間隔的倒數(shù))，單脈沖能量大于lmj。但目前的可調(diào)諧激光技術(shù)對(duì)于可調(diào)諧激光的高重頻及大能量輸出存在矛盾，二者難以兼顧，現(xiàn)有的倍頻晶體難以承受脈沖重頻ΙΟΚΗζ，單脈沖能量大于lmj的紫外可調(diào)諧激光輸出。且通常的可調(diào)諧激光工作物質(zhì)其輸出波段都位于可見(jiàn)及近紅外區(qū)域。因此獲得高重頻、大能量紫外可調(diào)諧激光脈沖在高速流場(chǎng)及燃燒場(chǎng)診斷、先進(jìn)飛行器設(shè)計(jì)等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。另外，在常規(guī)的倍頻過(guò)程中，為追求倍頻效率的最優(yōu)，需要入射的基頻激光光強(qiáng)空間分布接近理想的高斯光束，通常要求光束質(zhì)量因子M2優(yōu)于2。本專利采用的光電開(kāi)關(guān)由于晶體內(nèi)部的非線性效應(yīng)，其在對(duì)入射激光脈沖在時(shí)域上進(jìn)行調(diào)節(jié)的同時(shí)，對(duì)其空域的強(qiáng)度分布也有所調(diào)節(jié)。因此本專利的對(duì)初始入射基頻激光的空間強(qiáng)度分布特性(即光束質(zhì)量)沒(méi)有特殊要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有可調(diào)諧激光的高重頻及大能量輸出存在矛盾，二者難以兼顧的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種獲得高重頻、大能量紫外可調(diào)諧激光脈沖的方法。
[0004]—種獲得高重頻、大能量紫外可調(diào)諧激光脈沖的方法，該方法的具體過(guò)程為:
[0005]首先，采用電子快門或電光晶體開(kāi)關(guān)對(duì)可調(diào)諧激光脈沖進(jìn)行調(diào)制，獲得可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列；
[0006]其次，對(duì)可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列進(jìn)行頻率變換，獲得紫外可調(diào)諧激光脈沖；
[0007]其中，可調(diào)諧激光脈沖為能量范圍在lmj至30mJ的激光脈沖。
[0008]所述的頻率變換對(duì)入射激光光斑的空間強(qiáng)度分布特性無(wú)特殊要求。
[0009]所述的對(duì)可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列進(jìn)行頻率變換，獲得紫外可調(diào)諧激光脈沖的具體過(guò)程為:
[0010]對(duì)入射至頻率變換晶體的可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列進(jìn)行I類相位匹配后，輸出倍頻激光，再對(duì)該倍頻激光進(jìn)行補(bǔ)償，輸出兩個(gè)波段的激光，通過(guò)濾波器對(duì)兩個(gè)波段的激光進(jìn)行分離，獲得紫外可調(diào)諧激光脈沖，
[0011]其中，一個(gè)波段的激光為紫外激光，另一個(gè)波段的激光為基頻光。
[0012]本專利提出一種可同時(shí)獲得高重頻、大能量紫外波段可調(diào)諧激光的方法，高重頻大能量紫外可調(diào)諧激光頻率變換的基礎(chǔ)是對(duì)可調(diào)諧激光脈沖的時(shí)域調(diào)制，因此本發(fā)明采用電子快門或電光晶體開(kāi)關(guān)對(duì)可調(diào)諧激光脈沖進(jìn)行調(diào)制，獲得了大能量的可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列；可調(diào)諧激光脈沖的時(shí)域調(diào)制技術(shù)可以采用電子快門或電光晶體開(kāi)關(guān)等多種方式，可根據(jù)實(shí)際紫外激光需要對(duì)入射可調(diào)諧脈沖串的時(shí)域特性進(jìn)行靈活的調(diào)制。其脈沖串時(shí)間間隔特性取決于電子快門或電光晶體開(kāi)關(guān)的時(shí)間響應(yīng)特性，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)現(xiàn)狀，最短脈沖間隔可短至微秒量級(jí)。
[0013]本發(fā)明帶來(lái)的有益效果是可獲得兼顧短脈沖間隔、大脈沖能量的紫外波段可調(diào)諧激光輸出，脈沖間隔可短至微秒量級(jí)，單脈沖能量可達(dá)毫焦量級(jí)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為輸入至電子快門或電光晶體開(kāi)關(guān)的可調(diào)諧激光脈沖波形；
[0015]圖2為電子快門或電光晶體開(kāi)關(guān)的工作周期波形；
[0016]圖3為從電子快門或電光晶體開(kāi)關(guān)輸出的可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列波形。
【具體實(shí)施方式】
[0017]【具體實(shí)施方式】一:參見(jiàn)圖1至圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種獲得高重頻、大能量紫外可調(diào)諧激光脈沖的方法，該方法的具體過(guò)程為:
[0018]首先，采用電子快門或電光晶體開(kāi)關(guān)對(duì)可調(diào)諧激光脈沖進(jìn)行調(diào)制，獲得可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列；
[0019]其次，對(duì)可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列進(jìn)行頻率變換，獲得紫外可調(diào)諧激光脈沖；
[0020]其中，可調(diào)諧激光脈沖為能量范圍在lmj至30mJ的激光脈沖。
[0021]本實(shí)施方式，電子快門或電光晶體開(kāi)關(guān)可承受大能量的激光，本發(fā)明方法中輸出的紫外光的能量。本發(fā)明方法中相鄰脈沖時(shí)間間隔t可取微秒至毫秒量級(jí)，脈沖個(gè)數(shù)N及脈沖串重頻f可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，電子快門或電光晶體開(kāi)關(guān)的工作周期為T，具體參見(jiàn)圖1至圖3。
[0022]采用電子快門或電光晶體開(kāi)關(guān)對(duì)可調(diào)諧激光脈沖進(jìn)行調(diào)制獲得的可調(diào)諧脈沖序列具有相鄰脈沖間隔時(shí)間短，脈沖串整體平均功率低的優(yōu)點(diǎn)，既可保證脈沖峰值處的高峰值功率密度以實(shí)現(xiàn)高效率可調(diào)諧激光紫外轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)又能避免通常的高平均功率對(duì)頻率變換系統(tǒng)相關(guān)光學(xué)元件的壓力。
[0023]由于入射的基頻激光脈沖能量較高，而電光晶體一般均具有較大的非線性光學(xué)系數(shù)。因此基于自聚焦等非線性光學(xué)原理，可在對(duì)基頻激光脈沖在時(shí)域調(diào)節(jié)的同時(shí)優(yōu)化其空間強(qiáng)度分布特性。
[0024]采用電子快門或電光晶體開(kāi)關(guān)對(duì)可調(diào)諧激光脈沖進(jìn)行調(diào)制過(guò)程如圖1至3所示。入射高重頻可調(diào)諧激光脈沖時(shí)間序列如圖1所示，電子光學(xué)快門隨時(shí)間的開(kāi)閉狀態(tài)如2所示波形，因此該列可調(diào)諧激光脈沖通過(guò)電子光學(xué)快門后，獲得的脈沖時(shí)間序列如圖3所示波形。
[0025]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】二所述的一種獲得高重頻、大能量紫外可調(diào)諧激光脈沖的方法的區(qū)別在于，所述的頻率變換對(duì)入射激光光斑的空間強(qiáng)度分布特性無(wú)特殊要求。
[0026]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一所述的一種獲得高重頻、大能量紫外可調(diào)諧激光脈沖的方法的區(qū)別在于，所述的對(duì)可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列進(jìn)行頻率變換，獲得紫外可調(diào)諧激光脈沖的具體過(guò)程為:
[0027]對(duì)入射至頻率變換晶體的可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列進(jìn)行I類相位匹配后，輸出倍頻激光，再對(duì)該倍頻激光進(jìn)行補(bǔ)償，輸出兩個(gè)波段的激光，通過(guò)濾波器對(duì)兩個(gè)波段的激光進(jìn)行分離，獲得紫外可調(diào)諧激光脈沖，
[0028]其中，一個(gè)波段的激光為紫外激光，另一個(gè)波段的激光為基頻光。
[0029]本實(shí)施方式，通過(guò)頻率變換晶體后，除了產(chǎn)生紫外激光，還剩余未轉(zhuǎn)化的基頻光。為了將紫外光其單獨(dú)濾出，可采用色散石英棱鏡組成的濾波器(Beam Filter)對(duì)兩個(gè)波段的激光進(jìn)行分離，該濾波器由四塊Pellin-Broca石英棱鏡組成，由于光通過(guò)Pellin-Broca棱鏡的每個(gè)表面都近似布魯斯特角，因此可以有效降低透過(guò)損耗。
[0030]頻率變換晶體可米用ΒΒ0晶體，CLB0晶體等多種非線性光學(xué)晶體實(shí)現(xiàn)。
[0031]通過(guò)引入脈沖時(shí)域及空域調(diào)制，所述的頻率變換對(duì)入射激光光斑的空間強(qiáng)度分布特性無(wú)特殊要求。
[0032]I類相位匹配:和頻時(shí)，兩束入射光的偏振方向平行時(shí)，我們稱之為一類相位匹配。
[0033]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】三所述的一種獲得高重頻、大能量紫外可調(diào)諧激光脈沖的方法的區(qū)別在于，所述的頻率變換晶體為ΒΒ0晶體或CLB0晶體。
[0034]本實(shí)施方式中，ΒΒ0晶體(偏硼酸鋇，barium borate)，及CLB0晶體(化學(xué)式CsLiBO)。
[0035]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】四所述的一種獲得高重頻、大能量紫外可調(diào)諧激光脈沖的方法的區(qū)別在于，所述的ΒΒ0晶體的切割角為42.8度。
[0036]本實(shí)施方式中，ΒΒ0晶體的切割角為42.8度。
[0037]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】五所述的一種獲得高重頻、大能量紫外可調(diào)諧激光脈沖的方法的區(qū)別在于，所述的對(duì)入射至頻率變換晶體的可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列進(jìn)行I類相位匹配后，輸出的倍頻激光為275nm倍頻至550nm倍頻的可調(diào)諧激光時(shí)，ΒΒ0晶體的相位角Θ為45.5°。
[0038]本實(shí)施方式，因此在調(diào)諧過(guò)程中，需要調(diào)整ΒΒ0晶體角度，從而獲得優(yōu)化的倍頻激光輸出，旋轉(zhuǎn)倍頻晶體會(huì)導(dǎo)致輸出激光方向漂移，因此需要在倍頻晶體ΒΒ0后放置補(bǔ)償器，保證調(diào)諧過(guò)程中激光方向一致。
[0039]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】四所述的一種獲得高重頻、大能量紫外可調(diào)諧激光脈沖的方法的區(qū)別在于，所述的CLB0晶體的切割角為52.6度。
[0040]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】七所述的一種獲得高重頻、大能量紫外可調(diào)諧激光脈沖的方法的區(qū)別在于，所述的對(duì)入射至頻率變換晶體的可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列進(jìn)行I類相位匹配后，輸出的倍頻激光為275nm倍頻至550nm倍頻的可調(diào)諧激光時(shí)，CLB0晶體的相位角Θ為57.9°。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種獲得高重頻、大能量紫外可調(diào)諧激光脈沖的方法，其特征在于，該方法的具體過(guò)程為: 首先，采用電子快門或電光晶體開(kāi)關(guān)對(duì)可調(diào)諧激光脈沖進(jìn)行調(diào)制，獲得可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列； 其次，對(duì)可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列進(jìn)行頻率變換，獲得紫外可調(diào)諧激光脈沖； 其中，可調(diào)諧激光脈沖為能量范圍在lmj至30mJ的激光脈沖。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獲得高重頻、大能量紫外可調(diào)諧激光脈沖的方法，其特征在于，所述的頻率變換對(duì)入射激光光斑的空間強(qiáng)度分布特性無(wú)特殊要求。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種獲得高重頻、大能量紫外可調(diào)諧激光脈沖的方法，其特征在于，所述的對(duì)可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列進(jìn)行頻率變換，獲得紫外可調(diào)諧激光脈沖的具體過(guò)程為: 對(duì)入射至頻率變換晶體的可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列進(jìn)行I類相位匹配后，輸出倍頻激光，再對(duì)該倍頻激光進(jìn)行補(bǔ)償，輸出兩個(gè)波段的激光，通過(guò)濾波器對(duì)兩個(gè)波段的激光進(jìn)行分離，獲得紫外可調(diào)諧激光脈沖， 其中，一個(gè)波段的激光為紫外激光，另一個(gè)波段的激光為基頻光。
【專利摘要】一種獲得高重頻、大能量紫外可調(diào)諧激光脈沖的方法，屬于光學(xué)領(lǐng)域。解決了現(xiàn)有可調(diào)諧激光的高重頻及大能量輸出存在矛盾，二者難以兼顧的問(wèn)題。本發(fā)明方法的具體過(guò)程為：首先，采用電子快門或電光晶體開(kāi)關(guān)對(duì)可調(diào)諧激光脈沖進(jìn)行調(diào)制，獲得可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列；其次，對(duì)可調(diào)諧激光脈沖串時(shí)間序列進(jìn)行頻率變換，獲得紫外可調(diào)諧激光脈沖；其中，可調(diào)諧激光脈沖為能量范圍在1mJ至30mJ的激光脈沖。它主要用于輸出紫外可調(diào)諧激光。
【IPC分類】H01S3/094, H01S3/10
【公開(kāi)號(hào)】CN105305214
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510882978
【發(fā)明人】董志偉, 李旭東, 樊榮偉, 陳默然, 閆仁鵬, 于欣, 陳德應(yīng), 馬欲飛, 周志剛
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年12月3日