[发明专利]双腔共振装置及产生自同步飞秒脉冲和皮秒脉冲的方法

权利要求书

1.一种双腔共振装置，其特征在于，包括依次置于同一精密导轨上的聚焦透镜(2)、球面反射腔镜a(3)、钛宝石激光晶体(4)和球面反射腔镜b(5)，聚焦透镜(2)的入射光侧设置有分束镜(1)，球面反射腔镜b(5)的反射光侧设置有输出耦合镜a(6)和输出耦合镜b(8)，输出耦合镜b(8)上设置有压电传感器a(7)，球面反射腔镜a(3)的反射光侧设置有两条反射光路，一路为依次设置的平面反射腔镜b(12)、声光调制器(11)、狭缝a(10)、平面反射腔镜a(9)，另一路为依次设置的石英棱镜a(13)、石英棱镜b(14)、狭缝b(15)、平面反射腔镜c(16)，平面反射腔镜c(16)上设置有压电传感器b(17)，球面反射腔镜a(3)、球面反射腔镜b(5)、石英棱镜a(13)、石英棱镜b(14)、平面反射腔镜c(16)和输出耦合镜b(8)构成飞秒激光腔，球面反射腔镜a(3)、球面反射腔镜b(5)、平面反射腔镜b(12)、平面反射腔镜a(9)和输出耦合镜a(6)构成皮秒激光腔，所述的分束镜(1)的上表面一半镀有金属膜，对450-540nm的光半反射；上表面另一半镀有金属膜，对450-540nm的光全部透射；下表面镀有金属膜，对450-540nm的光全部反射。

2.一种利用权利要求1所述的双腔共振装置产生自同步飞秒脉冲和皮秒脉冲的方法，其特征在于，采用一种双腔共振装置，包括依次置于同一精密导轨上的聚焦透镜(2)、球面反射腔镜a(3)、钛宝石激光晶体(4)和球面反射腔镜b(5)，聚焦透镜(2)的入射光侧设置有分束镜(1)，球面反射腔镜b(5)的反射光侧设置有输出耦合镜a(6)和输出耦合镜b(8)，输出耦合镜b(8)上设置有压电传感器a(7)，球面反射腔镜a(3)的反射光侧设置有两条反射光路，一路为依次设置的平面反射腔镜b(12)、声光调制器(11)、狭缝a(10)、平面反射腔镜a(9)，另一路为依次设置的石英棱镜a(13)、石英棱镜b(14)、狭缝b(15)、平面反射腔镜c(16)，平面反射腔镜c(16)上设置有压电传感器b(17)，球面反射腔镜a(3)、球面反射腔镜b(5)、石英棱镜a(13)、石英棱镜b(14)、平面反射腔镜c(16)和输出耦合镜b(8)构成飞秒激光腔，球面反射腔镜a(3)、球面反射腔镜b(5)、平面反射腔镜b(12)、平面反射腔镜a(9)和输出耦合镜a(6)构成皮秒激光腔，所述的分束镜(1)的上表面一半镀有金属膜，对450-540nm的光半反射；上表面另一半镀有金属膜，对450-540nm的光全部透射；下表面镀有金属膜，对450-540nm的光全部反射；

具体按照以下步骤实施：

步骤1：打开氩离子激光器，将激光功率调至2-3W，入射的泵浦光束通过分束镜(1)分为平行的两束光；

步骤2：设置聚焦透镜(2)和钛宝石激光晶体(4)表面之间的距离为99-99.5mm，球面反射腔镜a(3)和球面反射腔镜b(5)的间距为99.8-100.3mm，球面反射腔镜a(3)的轴线和球面反射腔镜b(5)的轴线之间的夹角为16°-26°，调整钛宝石激光晶体(4)表面的法线方向，使步骤1得到的两束平行光以布儒斯特角入射；

步骤3：用两个光阑确定氩离子激光器的泵浦光线，关闭氩离子激光器，用一个He-Ne激光器作准直光源，使其发出的光线与步骤1中氩离子激光器发出的泵浦光束重合；

步骤4：拿掉He-Ne激光器，打开氩离子激光器，功率调至7-8W，在平面反射腔镜b(12)、平面反射腔镜c(16)及输出耦合镜a(6)、输出耦合镜b(8)表面上得到暗红色荧光；

步骤5：调节平面反射腔镜b(12)的位置及轴线方向，使步骤4得到的暗红色荧光射在平面反射腔镜a(9)的表面上，然后调节平面反射腔镜a(9)的位置及轴线方向，使暗红色荧光沿着原光路返回；调节输出耦合镜a(6)的位置及轴线方向，使暗红色荧光沿着原光路返回；进一步交替调节平面反射腔镜a(9)和输出耦合镜a(6)的轴线方向，使暗红色荧光在平面反射腔镜a(9)和输出耦合镜a(6)上都沿着原光路返回，在皮秒激光腔内产生连续激光的输出；继续调节平面反射腔镜a(9)和输出耦合镜a(6)的轴线方向，同时调节聚焦透镜(2)、钛宝石激光晶体(4)、球面反射腔镜a(3)、球面反射腔镜b(5)的位置和方向，使皮秒激光腔输出功率最大；调节石英棱镜a(13)、石英棱镜b(14)的位置及顶角方向，使步骤4得到的暗红色荧光射在平面反射腔镜c(16)的表面上，然后调节平面反射腔镜c(16)的位置及轴线方向，使暗红色荧光沿着原光路返回；调节输出耦合镜b(8)的位置及轴线方向，使暗红色的荧光沿着原光路返回；进一步交替调节平面反射腔镜c(16)和输出耦合镜b(8)的轴线方向，使暗红色荧光在平面反射腔镜c(16)和输出耦合镜b(8)上都沿着原光路返回，在飞秒激光腔内产生连续激光的输出，继续调节平面反射腔镜c(16)和输出耦合镜b(8)的轴线方向，使飞秒激光腔输出功率最大；

步骤6：关闭氩离子激光器，将激光功率调为9-10W，打开声光调制器(11)，将声光调制器(11)的调制频率调到78-80MHz，调节皮秒激光腔腔长，达到锁模，关闭声光调制器(11)，皮秒激光腔维持在自锁模状态；振动石英棱镜b(14)使得飞秒激光腔达到自锁模；

步骤7：用频率计数器测量皮秒激光腔输出脉冲的重复频率以及飞秒激光腔输出脉冲的重复频率，调节飞秒激光腔腔长，使飞秒激光腔与皮秒激光腔输出脉冲的重复频率一致；

步骤8：沿轴向移动聚焦透镜(2)、平面反射腔镜c(16)和输出耦合镜b(8)，同时，保持飞秒激光腔输出脉冲的重复频率不变，直至飞秒激光腔与皮秒激光腔输出脉冲的光谱发生变化；

步骤9：打开压电传感器a(7)和压电传感器b(17)，调节电压，微调平面反射腔镜c(16)和输出耦合镜b(8)的前后位置，使皮秒激光腔输出脉冲的光谱展宽最大；

步骤10：沿垂直于光传播的方向移动狭缝a(10)和狭缝b(15)，调节狭缝a(10)和狭缝b(15)的缝宽，使得皮秒脉冲和飞秒脉冲的波长调谐；

步骤11：沿轴向移动聚焦透镜(2)、反射腔镜c(16)和输出耦合镜b(8)，使得皮秒激光腔和飞秒激光腔的腔长精确匹配，达到皮秒脉冲和飞秒脉冲的波长调谐范围一致并同步输出。