[发明专利]一种基于二次谐波产生的准共光路飞秒激光光谱压缩装置

说明书

一种基于二次谐波产生的准共光路飞秒激光光谱压缩装置，包括色散单元，正啁啾产生单元，负啁啾产生单元，反射式缩束单元，光学时间延迟单元，信号产生及分离单元，光谱仪以及计算机控制单元。飞秒激光光源经过共光路的色散单元后被分成相同的两路，再分别经过正啁啾和负啁啾产生单元后，生成具有符号相反，大小相等啁啾的皮秒激光，两束啁啾皮秒激光经过反射式缩束单元缩束后，以微小夹角入射到BBO晶体进行和频，两路脉冲光之间的时间延迟由光学时间延迟单元控制，得到的和频信号在空间上滤出后被光谱仪探测。本发明克服了传统方法中色散单元不共路导致正、负啁啾产生单元中总色散量不同的缺点，准共光路设计在简化装置的同时也提高了装置的稳定性。

技术领域

本发明属于激光光谱压缩技术领域，特别涉及一种基于二次谐波产生的准共光路飞秒激光光谱压缩装置。

背景技术

在超快激光应用领域中，光谱压缩是非常重要的一种应用技术。窄带光谱的激光有利于分辨出生物组织、化学样品以及气体分子的振动或转动光谱，因此在飞秒受激拉曼光谱、相干反斯托克斯拉曼光谱以及和频光谱等光谱技术中有着广泛应用。同时，基于宽带飞秒激光产生窄带皮秒的光谱压缩技术便于通过一台激光器将飞秒激光的时域高分辨率和皮秒激光的频域高分辨率集中在一个系统中，减小飞秒激光和皮秒激光脉冲序列之间的抖动，提高系统的稳定性。光谱压缩技术中，基于二次谐波产生的光谱压缩技术以其高转换效率和高压缩倍率得到了广泛应用。

现有的基于二次谐波产生的光谱压缩技术通常是将飞秒激光分成相同的两路光，并通过将4-f系统中的光栅偏离透镜焦点大小相同、方向相反的距离，从而分别引入等量的正啁啾和负啁啾，当两束光入射到BBO晶体和频时，两路光的瞬时频率变化可以正负抵消，因此和频信号的频率是基频光的2倍，由此便可得到带宽压缩后的窄带皮秒激光。传统的方法中，在利用变形的4-f系统引入色散之前已经将飞秒激光分束，因此色散单元以及正、负啁啾单元都是在两路光路中完成的。两路光路调节过程中，光栅参数、入射光角度以及透镜位置的变化都能导致两路光路中引入的啁啾不相等，并且调节难度很大。虽然有方法通过折叠的4-f系统，使两路光路共用一块光栅，减小了光栅参数的变化对色散带来的影响，但这种方法本质上还是两路光路，而且需要将折叠处的反射镜倾斜，难以保证两路光第二次入射到光栅上的入射角的一致性，也不易于调节。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于二次谐波产生的准共光路飞秒激光光谱压缩装置，其提高了系统的稳定性，且便于调节。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于二次谐波产生的准共光路飞秒激光光谱压缩装置，包括：

色散单元2，用于将由激光器1产生的飞秒激光脉冲在空间上引入色散；

超短脉冲分束器3，用于将色散单元2输出的激光分成相同的两部分；

正啁啾单元4，将由超短脉冲分束器3分出的一部分激光在空间上合在一起；

负啁啾单元7，将由超短脉冲分束器3分出的另一部分激光在空间上合在一起；

反射式缩束单元一5，将正啁啾单元4出射的光束直径缩小以提高功率密度；

反射式缩束单元二8，将负啁啾单元7出射的光束直径缩小以提高功率密度；

光学时间延迟单元9，用于调节由反射式缩束单元一5和反射式缩束单元二8出射的脉冲激光的相对时间延迟；

信号产生及分离单元10，用于将两路啁啾脉冲和频，产生正负啁啾抵消的信号光，并将信号分离出来；

光谱仪11，收集并探测压缩后的信号光的光谱。

所述激光器1是整个系统的输入光源，产生稳定的、近似傅里叶变换极限的飞秒激光脉冲，且光谱未经过压缩。

所述色散单元2为4-f系统的变形，包括：