[发明专利]一种产生160nm飞秒真空紫外激光脉冲的装置

说明书

本发明公开了一种产生160nm飞秒真空紫外激光脉冲的装置包括飞秒激光系统，飞秒激光光路系统，光丝成丝及四波混频产生系统，以及160nm激光脉冲检测及优化系统，本发明依靠现有的钛宝石飞秒激光系统将激光波段从800nm扩展到真空紫外波段，实现了160nm真空紫外波段飞秒光的输出，以及提供了一种能检测该波长的存在并将该波长的能量优化到最强的方法，最终测得其单脉冲能量为69nJ/pulse。

技术领域

本发明涉及超快光源技术领域，具体涉及一种产生160nm飞秒真空紫外激光脉冲的装置。

背景技术

真空紫外光顾名思义需要在真空中传播，在空气中会被吸收，而飞秒真空紫外激光脉冲则是脉冲宽度为飞秒(10^-15秒)且波长处于真空紫外波段的激光脉冲，被广泛用于光谱学以及微电子和材料加工中。

目前，飞秒真空紫外激光主要通过自由电子激光器、高次谐波以及光丝的四波混频等方式来产生。自由电子激光器是将高能电子作为工作物质，让电子通过周期性磁场，电子与外场相互作用的过程中，电子将动能传递给外场，从而使外场强度增大。这种方法输出的脉冲具有高能量、调谐范围宽等优点，但它一般作为大科学装置实现，不仅占地面积大，造价还非常昂贵，并不适合在一般实验室中使用。强场的高次谐波是基于三步模型理论来实现的，在强场的作用下，原子被外场电离，由于电场是周期性正弦函数，当其极性发生改变时，被电离的电子有一定的几率与母核重新发生碰撞，碰撞过程中会辐射出激光脉冲，能量由外场提供。这种方式得到的激光脉冲具有相干性好，脉冲宽度窄，可调谐范围广等优点，通常用于实现极紫外和阿秒(10^-18秒)超短脉冲光源的输出，但其输出频率复杂，难以获得单色性很好的激光脉冲，此外这种方法的转换效率很低，通常为10^-6-10^-5，即1瓦的基频光最终只能得到1-10微瓦的真空紫外激光脉冲，很难获得单脉冲能量很高的激光。

鉴于以上出现的问题，本发明提出一种基于光丝的四波混频技术产生160nm飞秒真空紫外激光脉冲的装置及检测方法。其基本原理为：钛宝石激光器先输出800nm激光，然后将800nm激光分光，将其中一路光倍频为400nm，接着将这两束光以共线聚焦的方式分别与氩气作用，此时各自形成光丝(光丝的本质为强光与物质相互作用时形成的一条等离子通道)，通过调节光路，让两束光在光程上相同，空间上重合，此时会发生一系列四波混频效应，如2ω+2ω-ω→3ω，3ω+2ω-ω→4ω，4ω+2ω-ω→5ω，从而输出160nm激光脉冲。通过光丝的四波混频方法获得的飞秒真空紫外激光脉冲，其光功率稳定，光斑质量好，转换效率高，通常能达到10^-4，通过棱镜或者反特定波长的高反镜，能实现单一波长的脉冲输出。现在本实验室已经建立起一套台式的飞秒真空紫外激光光源，并结合速度影像装置来研究分子反应动力学。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种产生160nm飞秒真空紫外激光脉冲的装置。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种产生160nm飞秒真空紫外激光脉冲的装置，包括飞秒激光系统，

从飞秒激光系统输出的波长为800nm的光经过分束片分为透射光和反射光，反射光先经过第一反射镜反射，经第一反射镜反射的光经过半波片后由望远镜系统进行扩束，扩束后的光分别通过第二反射镜、第三反射镜反射后被第一聚焦透镜聚集；透射光通过BBO倍频晶体倍频为波长为400nm的光，波长为400nm的光依次经过第四反射镜、第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜、以及第八反射镜反射后被第二聚焦透镜聚焦，被第一聚焦透镜聚集的800nm的光和被第二聚焦透镜聚焦的400nm的光经过合束片合束，

经合束片合束后的光透过布儒斯特窗镜进入成丝及四波混频发生气池后在成丝及四波混频发生气池内产生四波混频效应，产生新的波长为200nm、266nm和160nm的光，波长为800nm、400nm、200nm、266nm和160nm的光透过CaF₂窗片入射到真空腔体后被三棱镜分光，