[发明专利]气体中产生的低抖动高强度超连续谱光源及其检测系统

说明书

本发明公开了一种气体中产生的低抖动高强度超连续谱光源，包括：超快激光器、高压电源、与该高压电源相连接的金属电极，以及沿该超快激光器出射激光方向放置的聚焦透镜及其检测系统，基于外加电场对超快激光气体等离子体光丝通道内自由电子的静电作用，来调控通过光丝产生的超连续谱激光，获得具有高稳定、高重频、高能量的超快、超连续谱相干光源。本发明对于基于超连续白光激光的应用，如远程大气探测、超短激光脉冲压缩、大容量信息通讯以及超快激光光谱等应用，有着极其重要的意义。

技术领域

本发明涉及外加电场与超快激光气体中非线性成丝耦合以及基于超快强激光成丝产生超连续谱激光，基于外加电场对超快激光光丝内等离子体的调控作用，从而控制光丝超连续谱激光的产生，并对超连续谱激光的指向稳定性和强度稳定性进行检测。

背景技术

超快强激光脉冲在光学透明介质中传播时，由于光强依赖的自相位调制非线性效应会使得激光脉冲的光谱得到展宽，即产生超连续谱光源。超连续谱可覆盖从紫外到红外波长波段，并且具有良好的相干性，因此也称为“白光”激光。随着超连续谱激光的发现与发展，它在许多方面得到创新应用，例如超快激光脉冲的产生和压缩、高精度的光学频率和时间计量、大容量信息通信、超快激光光谱和成像等。

在这些应用中，超连续谱光源主要在固体材料和光子晶体光纤中产生，由于固态材料的损伤阈值低，限制了超连续谱光源的脉冲能量。通过超快强激光在气体中非线性成丝过程来产生超连续谱光源，其能量可以不受传输介质损伤阈值的限制，获得大能量的超连续谱激光。但是，超快强激光气体成丝超连续谱光源存在一个瓶颈问题，即当成丝激光重复频率大于100赫兹时，成丝过程中自身热效应会超连续谱光源的空间指向稳定性和强度稳定性变差，激光重复频率越高，该效应越显著。这是基于高重频光丝的产生超连续谱光源面临的难题，也限制了它的应用。

发明内容

本发明的目的是针对传统产生超快相干超连续谱光源方法的不足与局限性，提出了一种气体中产生的低抖动高强度超连续谱光源及其检测系统。本方法利用超快强激光在气体(如空气)中成丝来产生高能量超连续光源，并利用外加电场对光丝内等离子体的调控作用，来提升超连续谱激光的空间指向稳定性和强度稳定性。超快光丝内部电子与离子复合会产生热，这是光丝自身热效应的来源，而在外加电场作用下，光丝内电子与离子复合几率降低，因此光丝由于自身热效应造成的扰动减小；其次，外加电场可以增强光丝内电离程度，使得光丝维持在较稳定的等离子体密度水平并且长度变长，从而产生强度更稳定、光谱覆盖范围更宽的相干超连续谱光源。

本发明的技术解决方案如下：

第一方面，本发明提供一种气体中产生的低抖动高强度超连续谱光源，包括：超快激光器、高压电源、与该高压电源相连接的金属电极，以及沿该超快激光器出射激光方向放置的聚焦透镜；

所述的超快激光器出射激光经聚焦透镜聚焦后在气体中成丝，形成超快激光光丝；

所述的金属电极靠近成丝区域，通过改变高压电源的电压，使所述的金属电极处静电场大小发生改变，电极处电场作用下的超快激光光丝产生超连续谱激光，即为目标光束。

进一步地，超快激光器可以是钛宝石超快激光器、掺Yb³⁺全固态超快激光器、光纤超快激光器等，重复频率大于100赫兹，脉冲宽度在fs到ps量级，产生激光脉冲要足够强，以致于可以在气体环境中的自聚焦成丝并产生超连续谱激光。

所述的金属电极，可以为尖端电极、尖端金属电极线性阵列、楔状金属电极等，通过与高压电源连接产生静态外加电场，并将外加电场加载在超快激光光丝上，高压电源可以为正高压或者负高压电源。

另一方面，本发明提供了一种上述低抖动高强度超连续谱光源的检测系统，包含漫反射屏、成像仪器、收集透镜、光纤探头、光谱仪；

所述漫反射屏用于接收气体中产生的低抖动高强度超连续谱光源；