[发明专利]宽带光源装置和产生宽带光脉冲的方法

说明书

一种宽带光源装置(100)，用于产生宽带光脉冲(1)，包括：无带隙型空芯光纤(10)，其包括填充气体并且被布置用于通过泵浦激光脉冲(2)的光学非线性展宽来产生宽带光脉冲(1)，其中所述空芯光纤(10)具有轴向中空光导光纤芯(11)和内部光纤结构(12)，所述光纤芯支持所引导的光场的芯模式，所述内部光纤结构围绕所述光纤芯(11)并且支持所引导的光场的横向壁模式，和泵浦激光源装置(20)，泵浦激光源装置(20)被布置用于在所述空芯光纤(10)的输入侧(13)处产生并提供所述泵浦激光脉冲(2)，其中所述横向壁模式包括基本横向壁模式和第二阶以及更高阶横向壁模式，所述宽带光脉冲(1)具有由光纤长度、光纤芯直径、所述泵浦激光脉冲(2)的至少一个泵浦脉冲和/或束参数以及所述填充气体的至少一个气体参数确定的芯模式光谱，所述空芯光纤(10)的内部光纤结构(12)被配置成使得至少第二阶和更高阶横向壁模式和所述芯模式光谱具有相对于彼此的光谱移位。此外，描述了产生宽带光脉冲的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于产生宽带光脉冲的宽带光源装置，尤其涉及一种包括由超短激光脉冲泵浦的无带隙型充气空芯光子晶体光纤(HC-ARF)的宽带光源装置。此外，本发明涉及一种产生宽带光脉冲的方法，特别是通过将超短泵浦激光脉冲耦合到HC-ARF中并通过光纤中泵浦激光脉冲的光学非线性展宽来产生宽带光脉冲。此外，本发明涉及一种空芯光子晶体光纤，其被配置用于通过光纤内的填充气体中的超短泵浦激光脉冲的光学非线性展宽来产生宽带光脉冲。本发明的应用尤其适用于基于紫外(UV)光的量测，例如，半导体量测和检查。

背景技术

在本说明书中，参考下列现有技术说明本发明的背景技术：

[1]P.St.J.Russell et al.in″Nature Photonics″8，278-286(2014)；

[2]US 9 160 137 B1；

[3]F.Tani et al.in″PRL″111，033902(2013)；

[4]F.Belli et al.in″Optica″2，292-300(2015)；

[5]N.M.Litchinitser et al.in″Opt.Lett.”27，1592-1594(2002；

[6]F.Gebert et al.in″Opt.Exp.”22，15388-15396(2014)；

[7]P.Uebel et al.in″Opt.Lett.”41，1961-1964(2016)；和

[8]J.C.Travers et al.in″J.Opt.Am.″B 28(2011)，All-A26。

众所周知，光学半导体量测术或材料检查系统依赖于明亮的光源，所述光源典型地从真空发射宽带辐射或发射深紫外(UV)到近红外(IR)。光源结构通常基于气体放电效应，即通过在电离气体(等离子体)中生成放电。这些光源的缺点可能是它们固有的空间不相干性，这是由放电电弧体积内的非常多的光学模式引起的。对于量测应用，需要明确限定的照射路径，其需要相对复杂的光学器件，这使得难以接近样本。此外，聚焦到衍射受限的斑需要空间滤波，这导致大部分光谱功率的损失。

作为替代方案，已经提出了不同波长或白光激光源的多种激光器。在后一种情况下，通过光学方式泵浦空芯光纤内的填充气体生成从深紫外到近红外的范围内的宽带脉冲辐射。从超短泵浦激光脉冲到宽带光纤输出的光谱转换是非线性过程的结果，特别是调制不稳定性、孤子裂变和色散波生成的结果(参见见[1]、[2]、[3]和[4])。

空芯光纤依赖于物理引导机制典型地被分为两类：空芯光子带隙光纤(HC-PBF)和空芯抗谐振反射光纤(HC-ARF，无带隙型光纤)。白光激光源需要使用HC-ARF，其具有足够的宽带传输窗口以引导宽带脉冲辐射。