[发明专利]一种空芯反谐振光纤的频率上转换装置

说明书

本发明公开了一种空芯反谐振光纤的频率上转换装置。该装置包括反射镜、耦合器、真空透射窗口、空芯反谐振光纤、真空管、充气和气压控制器。空芯反谐振光纤的光纤结构具有独特的色散管理能力，超短激光脉冲耦合入射至空芯反谐振光纤中，可以产生各种非线性效应。通过在空芯光纤内填充不同种类和压强的惰性气体可以实现激光脉冲的光学频率上转换的调制，进一步通过优化空芯光纤的结构能有效地实现光学频率上转换过程中的相位匹配和色散补偿，实现从紫外到X射线范围内的超宽谱带高效率转换，得到桌面大小的阿秒甚至仄秒的激光光源。本装置可替代现有的大型加速器、同步辐射及自由电子激光器等价格昂贵的光源。

技术领域

本发明属于激光技术领域，更具体地讲，涉及一种空芯反谐振光纤的频率上转换装置。

背景技术

空芯反谐振光纤具有中空结构、很小的色散以及低传输损耗等特点，能超宽带传输，同时可将光场较好地限制在中空纤芯中，甚至可以传输峰值功率为拍瓦量级的脉冲。通过微结构参数可以很方便的调节其模式色散，在空芯光纤中填充高压惰性气体还可提供额外的材料色散，激光脉冲在其中传输时因克尔效应而产生自聚焦，聚焦的高强度脉冲电离惰性气体可提供等离子体色散。填充的惰性气体和产生的等离子体共同影响光纤中的非线性效应。发明专利《一种基于空芯反谐振光纤的气体检测系统》专利申请号：CN201710953540.5在空芯反谐振光纤充入不同的待测气体，由气体产生的拉曼非线性效应，从而实现对气体的检测，并由拉曼非线性效应产生的拉曼普强度来确定气体内成分的浓度，实现环境空气的检测。

高次谐波超连续谱是高通量单阿秒脉冲获得的关键，单阿秒脉冲光源具有极高的时间分辨率，为研究原子内部的电子动力学行为提供了强有力的工具。高次谐波光源的光子能量很高，可达到百电子伏甚至更高量级。高光子能量使得该光源被广泛应用于研究物质内部的电子结构。水窗波段(2.4nm到4.3nm)的X射线在生物活细胞成像领域有着重要应用。这是因为水对该XUV波段的吸收较少，而炭对该波段的吸收较多。发明专利《一种产生水窗波段阿秒脉冲的方法》专利申请号：CN201410814248.1中用激光脉冲驱动作用惰性气体，产生高次谐波，获得水窗波段的阿秒脉冲。

发明内容

本发明提供了一种空芯反谐振光纤的频率上转换装置，超短脉冲入射至充满惰性气体的空芯反谐振光纤中产生非线性效应及相位匹配，输出高次谐波，通过对空芯反谐振光纤填充不同种类与压强的惰性气体，实现X射线至紫外的宽谱带可调输出。空芯反谐振光纤光纤芯径小、结构紧凑，体积小，可便携性强。

所述技术方案如下：

一种空芯反谐振光纤的频率上转换装置，包括第一45°反射镜，第二45°反射镜，耦合器、第一真空管、空芯反谐振光纤、充气和气压控制器、第二真空管、真空腔。超短脉冲经所述的第一45°反射镜、所述的第二45°反射镜至所述的耦合器，光束会聚入射进所述的第一真空管，耦合进所述的空芯反谐振光纤。所述的空芯反谐振光纤另一端置于所述的第二真空管内，所述的充气和气压控制器与所述的第二真空管相连接，惰性气体从所述的充气和气压控制器导入进所述的第二真空管与所述的空芯反谐振光纤，超短脉冲在所述的空芯反谐振光纤中由非线性效应及相位匹配产生高次谐波，获得可从X射线至紫外谱段的可调，输出至所述的真空腔中。

所述的耦合器由第一凸反镜与第二凸反镜组成，或由多个凸透镜组成，所述的第一凸反镜与第二凸反镜的焦距相等，焦距为50～100mm，其二者的间距可调，调节范围小于所述的第一凸反镜的焦距，达到对不同发散角的入射超短脉冲光的耦合调节。

所述的第一真空管、第二真空管为金属材质的真空管，其真空度≤10mTorr(1Torr等于1毫米水银柱压强)。

所述的空芯反谐振光纤芯芯径10～1000um，光纤的长度1mm～1m，芯内结构为空芯反谐振结构。

所述的空芯反谐振光纤完全密封置于所述的第一真空管与所述的第二真空管之间。