[发明专利]一种双色同相位飞秒红外激光波长转换装置

说明书

本发明公开了一种双色同相位飞秒红外激光波长转换装置包括钛宝石飞秒锁模脉冲激光放大器、竖直折转镜、第一分束片、第二分束片、超连续白光产生装置、白光分光片、两个BBO晶体光参量放大子系统和两个AgGaS₂晶体差频子系统，本装置操作简单，易于调节，输出的中红外双波长单独可调，便于实现双光束相位同步，为非线性泵浦探测光学实验提供了更为灵活的光源选择。

技术领域

本发明涉及一种飞秒红外激光波长转换装置，具体的涉及一种双色同相位飞秒红外激光波长转换装置，利用光学参量放大和差频实现稳定的多光束输出的中红外激光系统。

背景技术

传统的中红外飞秒激光系统，中心波长为800nm的飞秒激光首先经过光学参量放大器(optical parametric amplifier,OPA)产生两束波长在1～3μm的近红外激光，这两束近红外激光再通过差频得到在3～10μm波长范围内可调的中红外飞秒激光。这一光谱范围是分子振动的响应区域。因此，用3～10μm的激光激发可以利用振动为内在红外光谱探针，来研究液体分子的动态结构特征。但是，上述方法所产生的中红外激光脉冲光谱宽度有限，如脉宽为35fs的800nm激光仅可产生300cm^-1(半高全宽)频宽的中红外激光。这个宽度不能够同时覆盖两个振动频率不同的红外吸收带。如典型的酰胺-I带振动(C＝O伸缩)在1600cm^-1(＝6μm)，而典型的N-H伸缩振动在3300cm^-1(＝3μm)。因此，所产生的中红外激光飞秒脉冲光源并不能很方便地实现不同振动模式的同时激发，因而限制了分子内不同模式间相互作用的研究。另外，利用两台独立的光参量放大器，则不能保证彼此输出光束的相位同步。而相位同步对于非线性红外光谱技术如多维飞秒红外光谱非常重要。到目前为止，尚没有波长灵活可调的、相位同步稳定的中红外双波长飞秒激光参量放大装置。

发明内容

针对上述出现的技术问题，本发明提供了一种双色同相位飞秒红外激光波长转换装置，为超快光谱领域提供一体化的双波长飞秒红外激光脉冲源，尤其是为在中红外区域进行非线性光学实验提供了两束中心波长单独可调相位同步的飞秒光源。

本发明的技术方案：一种飞秒中红外激光转换系统，包括钛宝石飞秒锁模脉冲激光放大器、竖直折转镜、第一分束片、第二分束片、超连续白光产生装置、白光分光片、两个BBO晶体光参量放大子系统和两个AgGaS₂晶体差频子系统，

所述钛宝石飞秒锁模脉冲激光放大器输出的激光通过第一分束片分成能量相等的透射光束和反射光束，

所述反射光束作为BBO-2晶体光参量放大子系统的泵浦源，所述透射光束通过第二分束片分成5％能量的反射光束和95％能量的透射光束；

所述95％能量的透射光束作为BBO-1晶体光参量放大子系统的泵浦源，所述5％能量的反射光束作为超连续白光产生装置的泵浦源；

所述5％能量的反射光束产生的超连续白光经过白光分光片分成能量相等的反射光束和透射光束，其中反射光束作为BBO-1晶体光参量放大子系统的信号源，透射光束作为BBO-2晶体光参量放大子系统的信号源，经过两个参量放大子系统放大的信号光和空闲光再分别入射到两个AgGaS₂晶体差频子系统中实现差频。

优选的，所述超连续白光产生装置包括半波片、偏振分光棱镜、小孔光阑、聚焦透镜、蓝宝石窗口和准直透镜。

将中心波长为800nm飞秒脉冲激光源依次用反透比为50:50和5:95的800nm波长分束片分出三束，经过分束片(4)反射出5％能量的光用来泵浦蓝宝石晶体(10)产生超连续白光。分出剩余的光分别用来作为两个β-BaB₂O₄(BBO)晶体参量放大装置(17、18)的泵浦源。