[发明专利]纳秒级啁啾脉冲光源的产生装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳秒级脉冲光的产生技术，具体是一种纳秒级啁啾脉冲光源的产生装置及方法。

背景技术

脉冲光因为有着很高的空间和时间上的分辨率的特性，现在已经被应用到很多学科的研究领域，例如在生物科学方面利用短脉冲激光可对微生物进行精确定位，直接无损伤观察微生物运动过程并对其动力学过程进行定量统计。在物理方面脉冲光被应用到原子分子的动力学过程研究中。因此脉冲光源的制备显得日益重要并将直接关系到其他领域对微观物质超快动力学等相关方面的研究。纳秒脉冲光源是应用范围很广的脉冲光源之一。目前，纳秒级脉冲光的产生主要是通过调Q技术，其原理是通过放置在光学振荡腔中的Q开关控制激光振荡来实现的。具体产生过程如下：在开始阶段，Q开关处于关闭状态，泵浦源不断给增益介质泵浦能量。当增益介质粒子数反转超过Q开关设定的能量阈值后，打开Q开关，使腔内形成激光振荡放大并输出。此时，由于形成激光增益介质损耗能量大于泵浦能量，粒子反转数不断下降。在粒子数反转降到阈值以下时，关闭Q开关，即完成一个周期的纳秒级脉冲光发射。然而通过上述技术产生的纳秒级脉冲光的频率并不随时间变化，因此在利用纳秒级脉冲光研究原子的碰撞过程中，不能阻断原子非弹性碰撞并对原子对进行相干控制。基于此，有必要发明一种全新的纳秒级脉冲光产生技术，以解决现有纳秒级脉冲光无法阻断原子非弹性碰撞并对原子对相干控制的问题。

发明内容

本发明为了解决现有纳秒级脉冲光无法阻断原子非弹性碰撞并对原子对相干控制的问题，提供了一种纳秒级啁啾脉冲光源的产生装置及方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：纳秒级啁啾脉冲光源的产生装置，包括主激光器、信号发生器、从激光器、参考光激光器、TeO₂晶体、光电探测器、示波器、第二偏振分光棱镜、光纤耦合头、光纤；其中，主激光器的输出端与从激光器的输入端之间设有由第一反射镜、第一偏振分光棱镜依次串接而成的光路；第一偏振分光棱镜设于从激光器的输出端与TeO₂晶体的输入端之间；TeO₂晶体的输出端与第二偏振分光棱镜的输入端之间设有由第二反射镜、第二半波片依次串接而成的光路；TeO₂晶体的输出端设有束流收集器；第二偏振分光棱镜的输出端与光纤耦合头的输入端之间设有由W形全反射棱镜、透镜依次串接而成的光路；参考光激光器的输出端与第二偏振分光棱镜的输入端之间设有第一半波片；信号发生器的输出端分别与主激光器的输入端和TeO₂晶体的输入端连接；光纤耦合头的输出端通过光纤与光电探测器的输入端连接；光电探测器的输出端与示波器的输入端连接。

纳秒级啁啾脉冲光源的产生方法（该方法是在本发明所述的纳秒级啁啾脉冲光源的产生装置中实现的），该方法是采用如下步骤实现的：

a.信号发生器同时输出一路三角波信号和一路高斯脉冲信号，并保证三角波信号的相位与高斯脉冲信号的相位同步；然后，将三角波信号注入到主激光器中，然后通过三角波信号对主激光器进行电流调制，使得主激光器的频率呈现周期线性变化；同时，将高斯脉冲信号注入到TeO₂晶体中，然后通过高斯脉冲信号控制TeO₂晶体以实现激光的幅度控制；

b.主激光器输出主激光，并依次通过第一反射镜、第一偏振分光棱镜将主激光注入到从激光器中；然后，从激光器对主激光的频率进行锁定和放大并消除由对主激光器进行电流调制所引起的幅度调制，由此输出连续光，并通过第一偏振分光棱镜将连续光注入到TeO₂晶体中；然后，TeO₂晶体对连续光进行斩波，由此输出纳秒级啁啾脉冲光源，并依次通过第二反射镜、第二半波片将纳秒级啁啾脉冲光源的一级衍射部分注入到第二偏振分光棱镜中，同时将纳秒级啁啾脉冲光源的零级衍射部分注入到束流收集器中；

c.参考光激光器输出参考激光，并通过第一半波片将参考激光注入到第二偏振分光棱镜中，第二偏振分光棱镜对参考激光和纳秒级啁啾脉冲光源进行偏振分光，使得参考激光和纳秒级啁啾脉冲光源平行输出；然后，分别旋转第一半波片和第二半波片，使得参考激光与纳秒级啁啾脉冲光源的偏振方向相同；然后，参考激光和纳秒级啁啾脉冲光源产生拍频信号；

d.光电探测器将拍频信号转换成电信号，然后将电信号输入到示波器，示波器由此检测纳秒级啁啾脉冲光源的频率随时间的变化。