一種基于自相似放大器的可調(diào)諧紫外光的產(chǎn)生方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超快光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于自相似放大器的可調(diào)諧紫外光的產(chǎn)生方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率超短脈沖的紫外激光源在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中是一種十分重要的應(yīng)用工具，它被廣泛用于探測和控制超快的物理過程和化學(xué)過程，工業(yè)生產(chǎn)也常用于進行光刻。相比于紅外光和可見光，紫外光具有波長短，穿透性性能好，能量高，分辨率高等優(yōu)勢，故其成為當(dāng)前激光技術(shù)領(lǐng)域重要的研究方向之一。高功率超短脈沖的紫外激光源的產(chǎn)生技術(shù)主要分為兩種:直接產(chǎn)生和非線性光學(xué)產(chǎn)生。
[0003]直接產(chǎn)生的方法是選擇紫外波段的增益介質(zhì)來構(gòu)造激光器系統(tǒng)，從而獲得紫外激光。但是紫外波段的固體增益介質(zhì)的種類比較少，而且它們的激光輸出閾值都很高，很難獲得高功率窄脈寬的紫外光輸出。
[0004]另外一種典型的直接產(chǎn)生紫外脈沖方法是利用高能電子束激發(fā)惰性氣體和鹵化物分子，其分子向基態(tài)躍迀產(chǎn)生紫外脈沖激光，該種類型的紫外脈沖激光器稱為準(zhǔn)分子激光器。準(zhǔn)分子激光器可以產(chǎn)生157nm，193nm，248nm等諸多紫外激光器，而且能輸出峰值功率兆瓦量級、脈沖寬度幾百飛秒的紫外脈沖。但是準(zhǔn)分子激光器的系統(tǒng)一般比較龐大，能量裝換效率低；其增益介質(zhì)的較差的穩(wěn)定性令其無法長時間運轉(zhuǎn)。非線性光學(xué)產(chǎn)生紫外光的主要方法是非線性晶體頻率變換技術(shù)，該種方法可以產(chǎn)生增益介質(zhì)無法產(chǎn)生的新的紫外波段。非線性晶體的頻率變換效率主要取決于其峰值能量，故獲得高功率超短脈沖激光源是非線性頻率變換獲得紫外激光的必備條件之一。近些年來光纖激光器因其體積小、壽命長、維護成本低、光束質(zhì)量好、節(jié)能環(huán)保、脈沖窄、峰值功率高、無需水冷等突出優(yōu)點成為獲得紫外光最佳的種子激光器。但是常用的啁啾脈沖光纖放大器在放大激光源獲得高功率時由于增益帶寬的限制無法獲得較寬的光譜，同時由于放大過程中引入無法補償?shù)姆蔷€性啁啾量，脈沖也很難小于lOOfs，所以我們在頻率變換獲得紫外光譜的時候往往面臨著效率低和紫外光譜窄等問題。
[0005]受上述問題的限制，穩(wěn)定的高功率多波長超短脈沖紫外激光源很難獲得，所以如何獲得穩(wěn)定的高功率多波長超短脈沖紫外激光源是時下研究熱點之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種基于自相似放大器的可調(diào)諧紫外光的產(chǎn)生方法，該產(chǎn)生方法通過利用預(yù)啁啾管理模塊對超短脈沖光纖激光器的光脈沖進行高功率自相似放大，實現(xiàn)光脈沖的自相似演化，經(jīng)光柵對壓縮后可以獲得高功率、寬光譜和窄脈寬的光脈沖輸出，再經(jīng)過可調(diào)諧的四倍頻系統(tǒng)獲得高功率可調(diào)諧的紫外光L曰。
[0007]本發(fā)明目的實現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成: 一種基于自相似放大器的可調(diào)諧紫外光的產(chǎn)生方法，其特征在于所述產(chǎn)生方法包括如下步驟:將超短脈沖光纖激光器(000)、級聯(lián)式高功率放大器(100)以及四倍頻系統(tǒng)(200)依次連接；利用超短脈沖光纖激光器(000)產(chǎn)生超短光脈沖輸出進入級聯(lián)式高功率放大器(100);級聯(lián)式高功率放大器(100)由依次連接的第一級放大器(100a)、第二級放大器(100b)、預(yù)啁啾管理模塊(100c)、第三級放大器(100d)以及啁啾補償模塊(100e)組成，第一級放大器(100a)和第二級放大器(100b)將光脈沖放大到瓦量級，再通過預(yù)啁啾管理模塊(100C)將光脈沖優(yōu)化至最佳，光脈沖進入第三級放大器(100d)中進行自相似放大，光脈沖的光譜和脈寬展寬，所述脈寬展寬引入的是線性啁啾量，啁啾補償模塊(100e)補償?shù)羲鼍€性啁啾量;之后輸出超短光脈沖進入四倍頻系統(tǒng)(200)，獲得可調(diào)諧的紫外光。
[0008]超短脈沖光纖激光器(000)采用兩個半導(dǎo)體激光栗浦源進行雙向栗浦，栗浦光在兩個波長選擇型光纖準(zhǔn)直器之間反射，反復(fù)栗浦增益輸出的超短光脈沖。
[0009]第一級放大器(100a)采用單模增益光纖進行放大，第二級放大器(100b)采用大模場光子晶體增益光纖進行啁啾脈沖放大，第三級放大器(100d)采用大模場光子晶體增益光纖和預(yù)啁啾管理模塊(100c)進行自相似放大。
[0010]各級所述放大器之間設(shè)置有隔離器以進行相互隔離。
[0011]四倍頻系統(tǒng)(200)包括在光路上依次連接的匯聚透鏡(201)、倍頻晶體(202)、匯聚透鏡(203)、綠光波段高透濾光片(204)、匯聚透鏡(205)、倍頻晶體(206)、匯聚透鏡(207)以及紫外反射鏡(208);經(jīng)過放大的光脈沖由匯聚透鏡(201)聚焦在倍頻晶體(202)之上獲得二倍頻光譜，再經(jīng)過匯聚透鏡(203)平行出射；出射光過綠光波段高透濾光片(204)后由匯聚透鏡(205)聚焦在倍頻晶體(206)上獲得四倍頻紫外光譜，四倍頻紫外光譜經(jīng)過匯聚透鏡(207)平行輸出，經(jīng)紫外反射鏡(208)反射獲得紫外光譜。
[0012]匯聚透鏡(201)上鍍有近紅外增透膜，匯聚透鏡(203)以及匯聚透鏡(205)上鍍有可見綠光增透膜，匯聚透鏡(207)上鍍有紫外光增透膜。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點是:
1)采用光纖激光器作為種子激光源，該類型激光器輸出的光脈沖光譜范圍合適、光束質(zhì)量好，脈沖寬度較窄，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，成本低；
2)采用級聯(lián)式放大器，各級放大之間采用隔離器相互隔離，防干擾性好；
3)采用級聯(lián)式放大器，各放大器使用半導(dǎo)體激光器進行栗浦，成本低，放大效率高；
4)采用級聯(lián)式放大器，各放大器使用器件均是保偏器件，抗環(huán)境擾動能力強；
5)采用級聯(lián)式放大器，各放大器的增益介質(zhì)均是光纖，散熱效果好，放大效率高，同時后兩級采用高摻雜大模場面積的光子晶體光纖作為高功率放大的增益介質(zhì)，可以有效降低非線性，獲得超短脈沖；
6)采用預(yù)啁啾管理的自相似放大方法，自相似演化過程中可以進行自相似光譜演化拓寬光譜和脈沖自相似演化展寬引入線性啁啾，在放大級后可以輕易的補償引入的線性啁啾獲得高功率、窄脈寬、寬光譜的輸出；
7)獲得的近紅外光脈寬窄，光譜寬，單脈沖能量高，倍頻效率高，獲得紫外光譜范圍寬，功率尚;
8)采用可調(diào)諧四倍頻系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過改變倍頻晶體的匹配角來調(diào)節(jié)倍頻波長，實現(xiàn)紫外波長的可調(diào)諧輸出； 9)倍頻系統(tǒng)所有透鏡和鏡片具有相應(yīng)波長濾波和增透性能，可以濾除未倍頻近紅外光和二倍頻的綠光光譜獲得純凈的紫外光譜。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明中基于自相似放大器的可調(diào)諧紫外光的產(chǎn)生裝置系統(tǒng)框圖；
圖2為本發(fā)明中基于自相似放大器的可調(diào)諧紫外光的產(chǎn)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明的特征及其它相關(guān)特征作進一步詳細說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解:
如圖1-2，圖中標(biāo)記000-200分別為:
超短脈沖光纖激光器000、半導(dǎo)體激光栗浦源001、單模光纖002、增益光纖003、單模光纖004、半導(dǎo)體激光栗浦源005、波長選擇型光纖準(zhǔn)直器006、四分之一波片007、二分之一波片008、偏振分束器009、四分之一波片010、光柵011、光柵012、零度角高反鏡013、隔離器014、四分之一波片015、波長選擇型光纖準(zhǔn)直器016;
級聯(lián)式高功率放大器100、第一級放大器100a、第二級放大器100b、預(yù)啁啾管理模塊100c、第三級放大器100d、啁啾補償模塊100e、隔離器101、半導(dǎo)體激光栗浦源102、波分復(fù)用器103、增益光纖104、隔離器105、反射鏡106、聚匯聚焦鏡107、增益光纖108、半導(dǎo)體激光栗浦源109、隔離器110、反射鏡111、光柵112、光柵113、反射鏡114、聚匯聚焦鏡115、增益光纖116、半導(dǎo)體激光栗浦源117、隔離器118、光柵119、光柵120、反射鏡121、反射鏡122;
四倍頻系統(tǒng)200、匯聚透鏡201、倍頻晶體202、匯聚透鏡203、綠光波段高透濾光片204、匯聚透鏡205、倍頻晶體206、匯聚透鏡207、紫外反射鏡208。
[0016]實施例1:如圖1所示，本實施例具體涉及一種基于自相似放大器的可調(diào)諧紫外光的產(chǎn)生方法，該可調(diào)諧紫外光的產(chǎn)生方法包括如下步驟:
(1)將超短脈沖光纖激光器000、級聯(lián)式高功率放大器100以及四倍頻系統(tǒng)200進行依次連接，其中，級聯(lián)式高功率放大器100由依次連接的第一級放大器100a、第二級放大器100b、預(yù)啁啾管理模塊100c、第三級放大器100d以及啁啾補償模塊100e所組成，第一級放大器100a采用單模增益光纖放大，第二級放大器100b采用大模場光子晶體增益光纖進行啁啾脈沖放大，第三級放大器100d采用大模場光子晶體增益光纖和預(yù)啁啾管理模塊100c進行自相似放大；四倍頻系統(tǒng)200是通過兩次倍頻系統(tǒng)將近紅外光譜倍頻獲得紫外光譜
(2)超短脈沖光纖激光器000產(chǎn)生的光脈沖序列作為種子激光源，其輸出的超短脈沖進入級聯(lián)式高功率脈沖放大器100進行放大；
(3)級聯(lián)式高功率脈沖放大器100中的第一級放大器100a和第二級放大器100b將光脈沖放大到幾瓦量級，再通過預(yù)啁啾管理模塊100c將光脈沖優(yōu)化至最佳，經(jīng)預(yù)啁啾管理技術(shù)優(yōu)化后光脈沖進入第三級放大器100d中進行自相似放大；自相似放大過程脈沖會進行自相似演化，其光譜和脈寬均會展寬，但是脈寬展寬引入的是線性啁啾量，啁啾補償模塊100e可以補償?shù)粼摼€性啁啾，獲得寬光譜、高功率的超短脈沖輸出；
(4)四倍頻系統(tǒng)200是通過兩次倍頻系統(tǒng)將近紅外光譜倍頻獲得紫外光譜；由于通過預(yù)啁啾管理技術(shù)和自相似放大系統(tǒng)獲得的近紅外光的脈寬十分