[发明专利]一种基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法

说明书

本发明提供一种基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法，包括如下：将近红外强超短脉冲汇聚辐照在白光介质上，产生超连续谱；对超连续谱进行初步波长范围选择；对超连续谱进行准直；对准直后的超连续谱进行分光，获得红、绿、蓝三路基色脉冲光；对红、绿、蓝三路基色脉冲光分别进行中心波长和带宽选择，实现三路脉冲时间宽度和基色色度坐标控制；对红、绿、蓝三路基色超短脉冲进行脉冲间的延迟控制；对红、绿、蓝三基色超短脉冲分别进行功率控制，获得特定比例的红、绿、蓝三基色脉冲光光强；最后对红、绿、蓝三基色超短脉冲进行准直合束，实现红、绿、蓝三基色超短脉冲在时间及空间上的重合。

技术领域

本发明涉及脉冲光源技术领域，更具体地，涉及一种基于RGB三基色的超短脉冲白光的产生方法。

背景技术

白光光源一般指发出白色可见光的光源。传统的白光光源(如白炽灯、卤素灯、气体放电灯、荧光灯等)一般为连续辐射光源，其发光在时域上具有近似均匀分布的特征，因此辐射功率(亮度)往往较低，无法满足一些高亮度白光照明应用场合的技术需求。所以，提高白光光源辐射功率一直是白光光源技术领域的一个研究重点和热点。一般地，可通过提高连续白光光源激励强度的简单方法来提高白光光源的辐射功率，但这种方法依赖于激励源总功率的不断提升，并不具有高的应用经济性，且随功率的提升最终会遇到激励功率瓶颈，因此也不具有高的技术可持续性。

具有极高瞬时辐照功率的超短激光脉冲可诱导固体或气体产生强瞬时宽谱辐射的现象在近十年中引起了白光光源领域研究人员的广泛关注。具体地，强超短激光脉冲在透明晶体或气体中传播时，脉冲与材料间的强光学非线性作用可导致入射超短脉冲光谱的显著展宽，进而形成超连续谱发射。这种超短激光脉冲诱导产生的超连续谱兼具超宽光谱带宽及超短脉冲宽度双重优点，成为获得极高瞬时辐射功率白光的一种便捷途径。近年来，这种基于超短激光脉冲诱导超连续谱产生的白光光源在科研领域已获得广泛应用，其为需要高强度宽光谱光源作为探测或激发光的稳态或瞬态研究带来了极大便利。

值得注意的是，虽然超短激光脉冲诱导的覆盖可见光波段的超连续谱可产生近似“白光”的视觉效果，但这种“白光”效果往往是由于光束亮度过高导致探测器或眼睛的过曝(感光单元的响应达到饱和)而产生。也即，一般这种“白光”并非色度学上所严格定义的白光。事实上，超短激光脉冲激发的超连续谱具有高度非线性波长-光强依赖特性，在可见光波段光谱强度会随波长发生显著变化，因此在整个可见光波段自发产生的超连续谱难以恰好满足叠加成为白光所要求的特定光谱光强分布，也即这种具有一定随机性的波长-光强依赖关系并不能严格实现色度学所定义的白光(参考CIE 1931色度图中的颜色区域分布，白光处于色度图的中心区域，其中E点为等能白光点，其由红(R)、绿(G)、蓝(B)三种基色脉冲光以相同的刺激光光通量混合而成)。如中国专利公开好号：CN107069408A，公开日：2017.08.18，公开了一种飞秒高功率超连续白光产生装置与方法，包括沿基频飞秒激光入射方向依次放置的第一微透镜阵列、第一4f系统、超连续白光产生介质、第二4f系统和第二微透镜阵列。飞秒激光通过第一微透镜阵列聚焦成多焦点阵列，经过第一4f系统入射到白光产生介质，并在介质内产生多条细丝，同时出射多束白光光源；多束白光经过第二4f系统和第二微透镜阵列后可整形为具有准高斯空间分布的高功率超连续白光。

另一方面，超连续谱在形成的过程中往往由于介质的色散及强的非线性作用而导致在时域上的显著展宽。对于飞秒(fs)脉冲诱导的宽带超连续谱，在未经压缩的情形下一般具有皮秒(ps)量级的时间宽度，也即超连续谱脉冲的时间宽度要显著宽于泵浦脉冲的宽度。此时，不同波长的光由于时间色散将分布在整个超连续谱脉冲的不同时间区域。因此，在时间维度上观察，这种带啁啾的可见光波段超连续谱并非是由不同颜色光同时叠加而成的白光波包——事实上，在时间分辨率足够高的探测条件下，可观察到可见光波段超连续谱在时域形成的色散彩虹，而非白光。虽然带啁啾的超连续谱脉冲可通过一定的技术手段进行压缩而获得脉冲宽度更小、亮度更高的近似无啁啾超连续谱超短脉冲，但由于上述光谱强度分布的问题，这种压缩后的超连续谱超短脉冲往往也并非符合色度学定义的白光脉冲。简而言之，现有技术的超短激光脉冲直接激发的超连续谱一般并不能认为是色度学严格定义的白光。