專利名稱：基于表面等離子波的光譜整形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種基于表面等離子 波的光譜整形裝置。
背景技術(shù)：
在超短激光脈沖放大過程中，增益窄化效應(yīng)是限制超短超強(qiáng)激光系統(tǒng)輸出功率進(jìn) 一步提高的不利因素之一。增益窄化效應(yīng)指的是由于固體激光放大介質(zhì)的帶寬有限，導(dǎo)致 激光脈沖的中心增益高，邊緣的增益低，隨著激光脈沖的逐級(jí)放大，激光脈沖的光譜會(huì)變得 越來越窄。增益窄化效應(yīng)使激光脈沖不能夠充分地利用激光放大介質(zhì)的增益帶寬，從而得 不到有效的放大，且導(dǎo)致放大后的啁啾脈沖難以被壓縮還原至種子脈沖的寬度。為了補(bǔ)償 放大介質(zhì)的增益窄化效應(yīng)，在超短激光脈沖進(jìn)入放大介質(zhì)之前，需先對(duì)其光譜進(jìn)行整形。光譜整形技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于超短超強(qiáng)激光系統(tǒng)中。現(xiàn)有的光譜整形技術(shù)之一 是采用棱鏡/波導(dǎo)耦合單元，其透射率曲線是中心凹陷的，這種形狀的透射率曲線可降低 激光脈沖光譜中心的透射率，保持邊緣的透射率，從而抵消放大介質(zhì)的增益窄化效應(yīng)，使放 大后的激光脈沖不致變窄。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，劉向明等人于2006年在《Journal Of Optics A Pure andApplied Optics)) 20068 :454_457上發(fā)表的“棱鏡耦合法實(shí)現(xiàn)飛秒脈沖的光譜整 形”一文中，記載了一種利用棱鏡/波導(dǎo)耦合單元的衰減全反射性質(zhì)實(shí)現(xiàn)了超短激光脈沖 的光譜整形的方法，其整形原理為制作由棱鏡及沉積在棱鏡上的四層薄膜層組成的棱鏡 /波導(dǎo)耦合單元，其透射率曲線呈中心凹陷形狀，利用這種衰減全反射性質(zhì)可實(shí)現(xiàn)飛秒激光 光譜的整形。但這種方法存在一定的缺陷①棱鏡/波導(dǎo)耦合單元的衰減全反射曲線受飛 秒激光脈沖的部分相干性的影響很大；②棱鏡/波導(dǎo)耦合單元的衰減全反射曲線的半高全 寬約十幾納米，無法對(duì)寬光譜的飛秒激光脈沖進(jìn)行整形?，F(xiàn)有的飛秒激光脈沖光譜的半高 全寬已寬至兩三百納米。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于表面等離子波的光譜整 形裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，使用時(shí)操作方便，可有效地實(shí)現(xiàn)寬光譜的飛秒激光脈 沖的光譜整形。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本實(shí)用新型包括飛秒激光器、反射鏡、 偏振器、棱鏡、金膜耦合單元、轉(zhuǎn)角儀、光譜儀和計(jì)算模塊，其中棱鏡和金膜耦合單元組合 構(gòu)成克萊切曼耦合方式并固定設(shè)置于轉(zhuǎn)角儀上，飛秒激光器、反射鏡和偏振器依次置于轉(zhuǎn) 角儀的一側(cè)并構(gòu)成發(fā)射單元，光譜儀和計(jì)算模塊依次設(shè)置于轉(zhuǎn)角儀的另一側(cè)并構(gòu)成接收單兀。本實(shí)用新型通過以下方式實(shí)現(xiàn)整形首先通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M，根據(jù)待整形的飛秒激光 脈沖的中心波長(zhǎng)和半高全寬分別計(jì)算出入射角θ和設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)慕鹉ゑ詈蠁卧穸?。使?br> 3真空鍍膜機(jī)，用濺射法在ZF棱鏡底面上制成金膜耦合單元，飛秒激光器輸出的激光依次經(jīng) 反射鏡和偏振器變?yōu)門M偏振光，然后入射到ZF棱鏡的側(cè)面并在ZF棱鏡與金膜耦合單元的 分界面上激發(fā)出表面等離子波并反射至ZF棱鏡的另一側(cè)，反射后的飛秒激光脈沖的光譜 被整形成中心凹陷狀并由光譜儀接收檢測(cè)，最后由計(jì)算模塊輸出整形結(jié)果；進(jìn)一步通過旋 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角儀調(diào)節(jié)入射角并根據(jù)整形光譜微調(diào)轉(zhuǎn)角儀直到出現(xiàn)理想的整形光譜。本實(shí)用新型裝置適用于現(xiàn)有的寬光譜的飛秒激光脈沖的光譜整形。

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖1中1棱鏡、2金膜耦合單元、3轉(zhuǎn)角儀、4飛秒激光器、5反射鏡、6偏振器、7光 譜儀、8計(jì)算機(jī)。圖2為實(shí)施例1表面等離子波示意圖。圖3為實(shí)施例1整形效果示意圖。圖4為實(shí)施例2整形效果示意圖。圖5為實(shí)施例3整形效果示意圖。圖6為實(shí)施例整形效果示意圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前 提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限 于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例包括棱鏡1、金膜耦合單元2、轉(zhuǎn)角儀3、飛秒激光器4、反射 鏡5、偏振器6、光譜儀7和計(jì)算模塊8，其中棱鏡1和金膜耦合單元2組合構(gòu)成克萊切曼 耦合方式并固定設(shè)置于轉(zhuǎn)角儀3上，飛秒激光器4、反射鏡5和偏振器6依次置于轉(zhuǎn)角儀3 的一側(cè)并構(gòu)成發(fā)射單元，光譜儀7和計(jì)算模塊8依次設(shè)置于轉(zhuǎn)角儀3的另一側(cè)并構(gòu)成接收單元。本實(shí)施例中的具體器件參數(shù)如下所述的棱鏡1為ZF7棱鏡；所述的飛秒激光器4為自鎖模摻鈦藍(lán)寶石飛秒激光器；所述的反射鏡5為平面反射鏡；所述的偏振器6為偏振片；所述的光譜儀7為:USB 2000微型光纖光譜儀7在本實(shí)施例中，將入射激光參數(shù)調(diào)節(jié)為中心波長(zhǎng)800納米，半高全寬100納米。 克萊切曼耦合方式參數(shù)為棱鏡1的介電常數(shù)為3. 24，金膜耦合單元2厚度為60納米，介 電常數(shù)為ε =-23. 4+1. 55i波長(zhǎng)為800納米時(shí)。調(diào)節(jié)偏振器6使飛秒激光的偏振方向平行于入射面，變?yōu)門M偏振光，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角儀 3，使激光的入射角θ大致為34度，同時(shí)觀察光譜儀上整形后的光譜形狀，繼續(xù)微調(diào)轉(zhuǎn)角儀 3，可得到最佳的整形后的光譜，如圖3所示。圖2的表面等離子波是計(jì)算模擬出來的。由圖3可見，當(dāng)金膜耦合單元2的厚度為60納米時(shí)，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角儀3，調(diào)整入射角θ為34. 6度，這時(shí)對(duì)半高全寬100納米、中心波長(zhǎng)800納米的飛秒激光光譜進(jìn)行整形可達(dá)到 較為理想的效果。將入射激光參數(shù)調(diào)節(jié)為入射激光參數(shù)為中心波長(zhǎng)850納米，半高全寬100納 米?？巳R切曼耦合方式參數(shù)為棱鏡1的折射率為1. 8，金膜耦合單元2的厚度為60納米， 介電常數(shù)ε =-23. 4+1. 55i波長(zhǎng)為800納米時(shí)。調(diào)節(jié)偏振器6使飛秒激光的偏振方向平行于入射面，變?yōu)門M偏振光，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角儀 3，調(diào)整入射角θ大致為34度，同時(shí)觀察計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的整形光譜，繼續(xù)微調(diào)轉(zhuǎn)角儀3， 直到出現(xiàn)理想的整形光譜為止，如圖4所示。同樣，由圖4可見，當(dāng)金膜耦合單元2的厚度為60納米時(shí)，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角儀3，調(diào)整入射 角θ為34. 5度，這時(shí)對(duì)半高全寬100納米，中心波長(zhǎng)850納米的飛秒激光光譜進(jìn)行整形可 達(dá)到較為理想的效果。將入射激光參數(shù)調(diào)節(jié)為入射激光參數(shù)為中心波長(zhǎng)800納米，半高全寬100納 米。折射率為1.8的棱鏡1和金膜耦合單元2。不同厚度的金膜耦合單元2，厚度分別為60 納米、50納米、40納米的金膜耦合單元所激發(fā)出的表面等離子波對(duì)同一飛秒激光脈沖整形 后的光譜如圖5所示。由圖5可見，對(duì)半高全寬100納米、中心波長(zhǎng)800納米的飛秒激光進(jìn)行整形時(shí)，設(shè) 計(jì)金膜耦合單元2的厚度為60納米，飛秒激光的入射角θ為34. 6度時(shí)，可達(dá)到較為理想 的效果，最佳整形效果如圖6所示。本實(shí)施例涉及的是基于表面等離子波的光譜整形裝置，此裝置采用的是新穎的表 面等離子技術(shù)，此技術(shù)通過由棱鏡和金膜耦合單元構(gòu)成的克萊切曼耦合方式來實(shí)現(xiàn)。具體 實(shí)現(xiàn)方式是根據(jù)待整形的飛秒激光脈沖的中心波長(zhǎng)和半高全寬分別計(jì)算出入射角θ和設(shè) 計(jì)恰當(dāng)?shù)慕鹉ゑ詈蠁卧穸?。根?jù)待整形的飛秒激光器(4)發(fā)出的飛秒激光脈沖的中心 波長(zhǎng)，可以通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角儀(3)以調(diào)節(jié)激光的入射角θ來匹配；根據(jù)待整形的飛秒激光器 (4)發(fā)出的飛秒激光脈沖的半高全寬，可以設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)慕鹉ゑ詈蠁卧穸?，以得到與飛秒激 光光譜寬度相匹配的表面等離子波。與現(xiàn)有的棱鏡/波導(dǎo)耦合單元整形裝置相比，其優(yōu)點(diǎn) 是半高全寬寬，不受部分相干性的影響，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。
權(quán)利要求一種基于表面等離子波的光譜整形裝置，其特征在于，包括飛秒激光器、反射鏡、偏振器、棱鏡、金膜耦合單元、轉(zhuǎn)角儀、光譜儀和計(jì)算模塊，其中棱鏡和金膜耦合單元組合構(gòu)成克萊切曼耦合方式并固定設(shè)置于轉(zhuǎn)角儀上，飛秒激光器、反射鏡和偏振器依次置于轉(zhuǎn)角儀的一側(cè)并構(gòu)成發(fā)射單元，光譜儀和計(jì)算模塊依次設(shè)置于轉(zhuǎn)角儀的另一側(cè)并構(gòu)成接收單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表面等離子波的光譜整形裝置，其特征是，所述的飛秒 激光器為自鎖模摻鈦藍(lán)寶石飛秒激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表面等離子波的光譜整形裝置，其特征是，所述的反射 鏡為平面反射鏡。
專利摘要一種激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的基于表面等離子波的光譜整形裝置，包括飛秒激光器、反射鏡、偏振器、棱鏡、金膜耦合單元、轉(zhuǎn)角儀、光譜儀和計(jì)算模塊，其中棱鏡和金膜耦合單元組合構(gòu)成克萊切曼耦合方式并固定設(shè)置于轉(zhuǎn)角儀上，飛秒激光器、反射鏡和偏振器依次置于轉(zhuǎn)角儀的一側(cè)并構(gòu)成發(fā)射單元，光譜儀和計(jì)算模塊依次設(shè)置于轉(zhuǎn)角儀的另一側(cè)并構(gòu)成接收單元。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，使用時(shí)操作方便，可有效地實(shí)現(xiàn)寬光譜的飛秒激光脈沖的光譜整形。
文檔編號(hào)H01S3/10GK201674109SQ201020201398
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日
發(fā)明者朱鵬飛, 黃小安 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)