[发明专利]一种基于宽带倍频和DMD的紫外飞秒涡旋光产生装置及方法

权利要求书

1.一种基于宽带倍频和DMD的紫外飞秒涡旋光产生装置，其特征在于：包括三个功能模块，按光轴方向依次为衍射模块、频率变换模块、DMD器件模块，所述衍射模块为衍射光栅（1），用于控制宽带基频飞秒激光角谱，输出具有角色散的脉冲；所述频率变换模块为单个非线性晶体或晶体级联，用于实现宽带相位匹配，输出高频谐波脉冲；所述DMD器件模块为DMD数字微镜阵列（5），用于谐波的角色散补偿和光场调制，产生涡旋光束；

当所述频率变换模块为单个非线性晶体时，所述的频率变换模块包括沿光轴方向依次设置的第一非线性晶体（2）、第一消色差平凸透镜（3）、第二消色差平凸透镜（4），所述衍射光栅（1）位于第一消色差平凸透镜（3）的焦点位置，所述第一消色差平凸透镜（3）、第二消色差平凸透镜（4）均以凸面面向入射脉冲，所述DMD数字微镜阵列（5）位于第二消色差平凸透镜（4）的焦点位置；

当所述频率变换模块为晶体级联时，所述的频率变换模块包括沿光轴方向依次设置的第一非线性晶体（2）、第一消色差平凸透镜（3）、第二消色差平凸透镜（4）、消色差平凹透镜（6）和第二非线性晶体（7），所述衍射光栅（1）位于第一消色差平凸透镜（3）的焦点位置，所述消色差平凹透镜（6）以平面面向入射脉冲，所述DMD数字微镜阵列（5）位于消色差平凹透镜（6）的焦点位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于宽带倍频和DMD的紫外飞秒涡旋光产生装置，其特征在于，所述的衍射光栅（1）为宽带基频飞秒脉冲提供角色散量值，光栅产生角色散的能力由入射的基频脉冲中心波长、入射角及光栅常数决定，并满足光栅方程，其中为衍射角。

3.根据权利要求1所述的一种基于宽带倍频和DMD的紫外飞秒涡旋光产生装置，其特征在于：所述的DMD数字微镜阵列（5）位于入射谐波的焦点位置，其闪耀波长为入射谐波中心波长，DMD满足闪耀光栅的条件为衍射光的方向与微镜表面的镜面反射光的方向一致，DMD的闪耀角满足方程：，其中，为谐波脉冲注入到DMD的入射角，为DMD的像素间距，为高次谐波波长，N=2，3，4，分别对应二次、三次、四次谐波，m为闪耀级次。

4.一种基于宽带倍频和DMD的紫外飞秒涡旋光产生方法，其特征在于：调节衍射光栅（1）的轴向倾角使发散的基频脉冲入射到第一非线性晶体（2）时，脉冲的一级衍射角满足宽带相位匹配关系，并通过频率变换模块实现频率变换，产生二次或高次谐波，选择合适的DMD数字微镜阵列（5）的像素间距和衍射级次，并微调DMD数字微镜阵列（5）的轴向夹角，实现谐波线性角色散的精确完全补偿，使二阶色散尽可能减小，继而补偿三阶色散，实现谐波的无角色散输出，通过DMD数字微镜阵列（5）的衍射作用同时实现目标谐波脉冲与其他脉冲的分离，结合DMD数字微镜阵列（5）对入射光束进行涡旋光调制，从而输出无角色散的紫外飞秒涡旋光；

当所述频率变换模块为单个非线性晶体时，所述的频率变换模块包括沿光轴方向依次设置的第一非线性晶体（2）、第一消色差平凸透镜（3）、第二消色差平凸透镜（4），所述衍射光栅（1）位于第一消色差平凸透镜（3）的焦点位置，所述第一消色差平凸透镜（3）、第二消色差平凸透镜（4）均以凸面面向入射脉冲，所述DMD数字微镜阵列（5）位于第二消色差平凸透镜（4）的焦点位置；

当所述频率变换模块为晶体级联时，所述的频率变换模块包括沿光轴方向依次设置的第一非线性晶体（2）、第一消色差平凸透镜（3）、第二消色差平凸透镜（4）、消色差平凹透镜（6）和第二非线性晶体（7），所述衍射光栅（1）位于第一消色差平凸透镜（3）的焦点位置，所述消色差平凹透镜（6）以平面面向入射脉冲，所述DMD数字微镜阵列（5）位于消色差平凹透镜（6）的焦点位置。