飛秒脈沖激光的載波包絡相位鎖定裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光光學裝置，具體涉及飛秒脈沖激光光學裝置。
【背景技術】
[0002]自從A.Braun于1996年首次觀察到飛秒脈沖激光在空氣中傳輸時形成的細絲現象(即成絲現象)之后，研究者開始研究飛秒激光驅動成絲的原理，并將其廣泛用于大氣的測量領域，例如用于大氣污染物的測量、室內空氣檢測和毒氣檢測等。細絲形成過程中主要有兩個物理機理在起作用:自聚焦效應和自散焦效應。當由介質克爾效應產生的自聚焦效應與由光束衍射和空氣電離產生的等離子體所形成的自散焦效應相互平衡時就會產生成絲現象。氣體成絲中包含許多復雜的線性和非線性過程，例如自相位調制、自聚焦、群延遲色散、拉曼散射、電離等。
[0003]M.Krilger于2011年發(fā)現亞十飛秒量級(10飛秒以內)的超短脈沖激光具有一個特殊意義的物理量:載波包絡相位，通過改變超短脈沖激光的載波包絡相位實現了對成絲電導率的控制。
[0004]為了對成絲電導率進行精確控制，目前面臨的一個問題是精確鎖定飛秒脈沖激光的載波包絡相位。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是精確鎖定飛秒脈沖激光的載波包絡相位。
[0006]本發(fā)明的一個實施例提供了一種飛秒脈沖激光的載波包絡相位鎖定裝置，包括:
[0007]自相位調制器，用于將飛秒放大激光器射出的第一飛秒脈沖激光光譜展寬后射出第二飛秒脈沖激光；
[0008]載波包絡相位調節(jié)元件，用于將所述第二飛秒脈沖激光分成第三飛秒脈沖激光和第四飛秒脈沖激光，并調節(jié)所述第三飛秒脈沖激光的載波包絡相位；
[0009]負色散壓縮裝置，用于將所述第三飛秒脈沖激光的脈寬壓縮得到亞十飛秒量級的第五飛秒脈沖激光；
[0010]載波包絡相位測量裝置，用于測量所述第四飛秒脈沖激光的載波包絡相位；以及
[0011]載波包絡相位調節(jié)裝置，其用于根據所述第四飛秒脈沖激光的載波包絡相位調節(jié)所述第一飛秒脈沖激光的載波包絡相位。
[0012]優(yōu)選的，所述載波包絡相位調節(jié)裝置包括:
[0013]位于所述第一飛秒脈沖激光光路上的棱鏡對；以及
[0014]棱鏡對調節(jié)裝置，用于根據所述第四飛秒脈沖激光的載波包絡相位調節(jié)所述棱鏡對在所述第一飛秒脈沖激光光路上的插入量。
[0015]優(yōu)選的，所述載波包絡相位調節(jié)元件為尖劈，用于將所述第二飛秒脈沖激光的一部分透射得到所述第三飛秒脈沖激光，且將所述第二飛秒脈沖激光的另一部分反射得到所述第四飛秒脈沖激光。
[0016]優(yōu)選的，所述自相位調制器為空心光纖，所述飛秒脈沖激光的載波包絡相位鎖定裝置包括光束準直裝置，用于將所述第一飛秒脈沖激光準直地入射到所述空心光纖中。
[0017]優(yōu)選的，所述光束準直裝置包括:
[0018]分束鏡，用于反射所述第一飛秒脈沖激光的一部分得到第六飛秒脈沖激光，且透射所述第一飛秒脈沖激光的另一部分得到第七飛秒脈沖激光；
[0019]第一凹面鏡和位置敏感探測器，所述第一凹面鏡用于將所述第七飛秒脈沖激光匯聚并反射到所述位置敏感探測器上。
[0020]優(yōu)選的，所述光束準直裝置還包括:
[0021]爬高鏡，用于增加所述第一飛秒脈沖激光與水平面的高度，使得所述第一飛秒脈沖激光與所述空心光纖位于同一水平面上；以及
[0022]第一導光鏡，用于將所述爬高鏡射出的第一飛秒脈沖激光反射到所述分束鏡上。
[0023]優(yōu)選的，所述光束準直裝置還包括位于所述爬高鏡和第一導光鏡之間的凸透鏡；所述飛秒脈沖激光的載波包絡相位鎖定裝置還包括第二凹面鏡和第二導光鏡，所述第二凹面鏡用于將所述第三飛秒脈沖激光的光束變成平行光束并反射到所述第二導光鏡上，所述第二導光鏡將其接收的入射光反射到所述負色散壓縮裝置。
[0024]優(yōu)選的，所述載波包絡相位測量裝置為f_2f干涉儀。
[0025]優(yōu)選的，所述f_2f干涉儀包括沿直線依次排列的離軸拋物面鏡、倍頻晶體、濾光片、1/2波片、偏振分束器和光譜儀。
[0026]優(yōu)選的，所述負色散壓縮裝置為啁啾壓縮器。
[0027]本發(fā)明的載波包絡相位鎖定裝置能實現精確鎖定飛秒脈沖激光的載波包絡相位，并且能夠調節(jié)飛秒脈沖激光的載波包絡相位。
【附圖說明】
[0028]以下參照附圖對本發(fā)明實施例作進一步說明，其中:
[0029]圖1是本發(fā)明第一個實施例的飛秒脈沖激光的載波包絡相位鎖定裝置的光路圖。
[0030]圖2是圖1的飛秒脈沖激光的載波包絡相位鎖定裝置中的光譜儀測量的載波包絡相位圖。
[0031]圖3是本發(fā)明第二個實施例的飛秒脈沖激光的載波包絡相位鎖定裝置的光路圖。
[0032]圖4是本發(fā)明第三個實施例的飛秒脈沖激光的載波包絡相位鎖定裝置的光路圖。
[0033]圖5是利用圖4的飛秒脈沖激光的載波包絡相位鎖定裝置驅動空氣成絲的示意圖。
[0034]圖6是成絲電導率隨載波包絡相位相對改變量變化的曲線圖。
【具體實施方式】
[0035]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖通過具體實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0036]圖1是本發(fā)明第一個實施例的飛秒脈沖激光的載波包絡相位鎖定裝置的光路圖。飛秒脈沖激光的載波包絡相位鎖定裝置10包括空心光纖11、尖劈12、啁啾壓縮器13、f_2f干涉儀14和載波包絡相位調節(jié)裝置15。
[0037]飛秒放大激光器100是一臺采用鈦寶石激光晶體作為增益介質的克爾透鏡鎖模飛秒激光器，其發(fā)射出頻率1kHz、單脈沖能量0.8毫焦、光譜范圍為730nm?830nm、脈寬25飛秒的飛秒脈沖激光LI。
[0038]飛秒放大激光器100發(fā)射的飛秒脈沖激光LI入射至空心光纖11中，與空心光纖11中的氖氣發(fā)生自相位調制效應從而實現飛秒脈沖激光LI的擴譜?？招墓饫w11射出頻率1kHz、單脈沖能量0.4毫焦、光譜范圍為590nm?1190nm、脈寬25飛秒的飛秒脈沖激光L2。
[0039]飛秒脈沖激光L2入射至尖劈12上，尖劈12用于透射大部分飛秒脈沖激光L2得到飛秒脈沖激光L3并入射至啁啾壓縮器13中，且反射少部分飛秒脈沖激光L2得到飛秒脈沖激光L4并入射至f_2f干涉儀14中。通過調節(jié)尖劈12在激光光路上的插入量從而線性改變飛秒脈沖激光L3的載波包絡相位。在本實施例中，尖劈12的插入量增加46.8微米時，飛秒脈沖激光L3的載波包絡相位增加JT。
[0040]啁啾壓縮器13包括用于提供負色散的7片啁啾鏡和一片導光鏡131，其中每對啁啾鏡提供的負色散為_25fs2。7片啁啾鏡將飛秒脈沖激光L3的脈寬壓縮，經導光鏡131反射后射出周期1kHz、單脈沖能量0.25毫焦、脈寬7飛秒的飛秒脈沖激光L5。
[0041]f-2f干涉儀14用于測量飛秒脈沖激光L4的載波包絡相位，其包括沿直線依次布置的離軸拋物面鏡141、倍頻晶體142、綠光濾光片143、1/2波片144和偏振分束器145和光譜儀146。離軸拋物面鏡141將飛秒脈沖激光L4聚焦后反射至倍頻晶體142中，倍頻晶體142產生的倍頻光和基頻光沿同一方向透過綠光濾光片143和1/2波片144后入射至偏振分束器145中發(fā)生干涉，光譜儀146測量干涉光從而獲得飛秒脈沖激光L4的載波包絡相位。
[0042]載波包絡相位調節(jié)裝置15包括位于飛秒脈沖激光LI光路中的棱鏡對151和棱鏡對調節(jié)裝置152。棱鏡對調節(jié)裝置152根據光譜儀126所測量的載波包絡相位信號，通過調節(jié)棱鏡對151在飛秒脈沖激光LI光路中的插入量來改變飛秒脈沖激光LI的載波包絡相位，進而對飛秒脈沖激光L2的載波包絡相位進行鎖定。由于飛秒脈沖激光L2在經過尖劈12和啁啾壓縮器13過程中并未引入非線性過程，因此飛秒脈沖激光L5和飛秒脈沖激光L2的載波包絡相位相差一個固定值，最終間接地實現鎖定飛秒脈沖激光L5的載波包絡相位。在一個優(yōu)選的實施例中，棱鏡對調節(jié)裝置152是壓電陶瓷微位移器，基于壓電陶瓷的逆壓電效應，在壓電陶瓷兩端施加電壓引起壓電陶瓷機械變形，發(fā)生變形的壓電陶瓷改變棱鏡對151在飛秒脈沖激光LI光路中的插入量。
[0043]圖2是圖1的飛秒脈沖激光的載波包絡相位鎖定裝置中的光譜儀測量的載波包絡相位圖。根據圖2可以看出，在0-500秒內，飛秒脈沖激光L4的載波包絡相位基本上保持不變，即實現了飛秒脈沖激光L4的載波包絡相位的鎖定。根據上面的分析結論可知，圖2驗證