一种基于自相似放大器的可调谐紫外光的产生方法
【技术领域】
[0001]本发明属于超快光学技术领域，具体涉及一种基于自相似放大器的可调谐紫外光的产生方法。
【背景技术】
[0002]高功率超短脉冲的紫外激光源在科学研究和工业生产中是一种十分重要的应用工具，它被广泛用于探测和控制超快的物理过程和化学过程，工业生产也常用于进行光刻。相比于红外光和可见光，紫外光具有波长短，穿透性性能好，能量高，分辨率高等优势，故其成为当前激光技术领域重要的研究方向之一。高功率超短脉冲的紫外激光源的产生技术主要分为两种:直接产生和非线性光学产生。
[0003]直接产生的方法是选择紫外波段的增益介质来构造激光器系统，从而获得紫外激光。但是紫外波段的固体增益介质的种类比较少，而且它们的激光输出阈值都很高，很难获得高功率窄脉宽的紫外光输出。
[0004]另外一种典型的直接产生紫外脉冲方法是利用高能电子束激发惰性气体和卤化物分子，其分子向基态跃迀产生紫外脉冲激光，该种类型的紫外脉冲激光器称为准分子激光器。准分子激光器可以产生157nm，193nm，248nm等诸多紫外激光器，而且能输出峰值功率兆瓦量级、脉冲宽度几百飞秒的紫外脉冲。但是准分子激光器的系统一般比较庞大，能量装换效率低；其增益介质的较差的稳定性令其无法长时间运转。非线性光学产生紫外光的主要方法是非线性晶体频率变换技术，该种方法可以产生增益介质无法产生的新的紫外波段。非线性晶体的频率变换效率主要取决于其峰值能量，故获得高功率超短脉冲激光源是非线性频率变换获得紫外激光的必备条件之一。近些年来光纤激光器因其体积小、寿命长、维护成本低、光束质量好、节能环保、脉冲窄、峰值功率高、无需水冷等突出优点成为获得紫外光最佳的种子激光器。但是常用的啁啾脉冲光纤放大器在放大激光源获得高功率时由于增益带宽的限制无法获得较宽的光谱，同时由于放大过程中引入无法补偿的非线性啁啾量，脉冲也很难小于lOOfs，所以我们在频率变换获得紫外光谱的时候往往面临着效率低和紫外光谱窄等问题。
[0005]受上述问题的限制，稳定的高功率多波长超短脉冲紫外激光源很难获得，所以如何获得稳定的高功率多波长超短脉冲紫外激光源是时下研究热点之一。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种基于自相似放大器的可调谐紫外光的产生方法，该产生方法通过利用预啁啾管理模块对超短脉冲光纤激光器的光脉冲进行高功率自相似放大，实现光脉冲的自相似演化，经光栅对压缩后可以获得高功率、宽光谱和窄脉宽的光脉冲输出，再经过可调谐的四倍频系统获得高功率可调谐的紫外光L曰。
[0007]本发明目的实现由以下技术方案完成: 一种基于自相似放大器的可调谐紫外光的产生方法，其特征在于所述产生方法包括如下步骤:将超短脉冲光纤激光器(000)、级联式高功率放大器(100)以及四倍频系统(200)依次连接；利用超短脉冲光纤激光器(000)产生超短光脉冲输出进入级联式高功率放大器(100);级联式高功率放大器(100)由依次连接的第一级放大器(100a)、第二级放大器(100b)、预啁啾管理模块(100c)、第三级放大器(100d)以及啁啾补偿模块(100e)组成，第一级放大器(100a)和第二级放大器(100b)将光脉冲放大到瓦量级，再通过预啁啾管理模块(100C)将光脉冲优化至最佳，光脉冲进入第三级放大器(100d)中进行自相似放大，光脉冲的光谱和脉宽展宽，所述脉宽展宽引入的是线性啁啾量，啁啾补偿模块(100e)补偿掉所述线性啁啾量;之后输出超短光脉冲进入四倍频系统(200)，获得可调谐的紫外光。
[0008]超短脉冲光纤激光器(000)采用两个半导体激光栗浦源进行双向栗浦，栗浦光在两个波长选择型光纤准直器之间反射，反复栗浦增益输出的超短光脉冲。
[0009]第一级放大器(100a)采用单模增益光纤进行放大，第二级放大器(100b)采用大模场光子晶体增益光纤进行啁啾脉冲放大，第三级放大器(100d)采用大模场光子晶体增益光纤和预啁啾管理模块(100c)进行自相似放大。
[0010]各级所述放大器之间设置有隔离器以进行相互隔离。
[0011]四倍频系统(200)包括在光路上依次连接的汇聚透镜(201)、倍频晶体(202)、汇聚透镜(203)、绿光波段高透滤光片(204)、汇聚透镜(205)、倍频晶体(206)、汇聚透镜(207)以及紫外反射镜(208);经过放大的光脉冲由汇聚透镜(201)聚焦在倍频晶体(202)之上获得二倍频光谱，再经过汇聚透镜(203)平行出射；出射光过绿光波段高透滤光片(204)后由汇聚透镜(205)聚焦在倍频晶体(206)上获得四倍频紫外光谱，四倍频紫外光谱经过汇聚透镜(207)平行输出，经紫外反射镜(208)反射获得紫外光谱。
[0012]汇聚透镜(201)上镀有近红外增透膜，汇聚透镜(203)以及汇聚透镜(205)上镀有可见绿光增透膜，汇聚透镜(207)上镀有紫外光增透膜。
[0013]本发明的优点是:
1)采用光纤激光器作为种子激光源，该类型激光器输出的光脉冲光谱范围合适、光束质量好，脉冲宽度较窄，结构简单，体积小，成本低；
2)采用级联式放大器，各级放大之间采用隔离器相互隔离，防干扰性好；
3)采用级联式放大器，各放大器使用半导体激光器进行栗浦，成本低，放大效率高；
4)采用级联式放大器，各放大器使用器件均是保偏器件，抗环境扰动能力强；
5)采用级联式放大器，各放大器的增益介质均是光纤，散热效果好，放大效率高，同时后两级采用高掺杂大模场面积的光子晶体光纤作为高功率放大的增益介质，可以有效降低非线性，获得超短脉冲；
6)采用预啁啾管理的自相似放大方法，自相似演化过程中可以进行自相似光谱演化拓宽光谱和脉冲自相似演化展宽引入线性啁啾，在放大级后可以轻易的补偿引入的线性啁啾获得高功率、窄脉宽、宽光谱的输出；
7)获得的近红外光脉宽窄，光谱宽，单脉冲能量高，倍频效率高，获得紫外光谱范围宽，功率尚;
8)采用可调谐四倍频系统，该系统通过改变倍频晶体的匹配角来调节倍频波长，实现紫外波长的可调谐输出； 9)倍频系统所有透镜和镜片具有相应波长滤波和增透性能，可以滤除未倍频近红外光和二倍频的绿光光谱获得纯净的紫外光谱。
【附图说明】
[0014]图1为本发明中基于自相似放大器的可调谐紫外光的产生装置系统框图；
图2为本发明中基于自相似放大器的可调谐紫外光的产生装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解:
如图1-2，图中标记000-200分别为:
超短脉冲光纤激光器000、半导体激光栗浦源001、单模光纤002、增益光纤003、单模光纤004、半导体激光栗浦源005、波长选择型光纤准直器006、四分之一波片007、二分之一波片008、偏振分束器009、四分之一波片010、光栅011、光栅012、零度角高反镜013、隔离器014、四分之一波片015、波长选择型光纤准直器016;
级联式高功率放大器100、第一级放大器100a、第二级放大器100b、预啁啾管理模块100c、第三级放大器100d、啁啾补偿模块100e、隔离器101、半导体激光栗浦源102、波分复用器103、增益光纤104、隔离器105、反射镜106、聚汇聚焦镜107、增益光纤108、半导体激光栗浦源109、隔离器110、反射镜111、光栅112、光栅113、反射镜114、聚汇聚焦镜115、增益光纤116、半导体激光栗浦源117、隔离器118、光栅119、光栅120、反射镜121、反射镜122;
四倍频系统200、汇聚透镜201、倍频晶体202、汇聚透镜203、绿光波段高透滤光片204、汇聚透镜205、倍频晶体206、汇聚透镜207、紫外反射镜208。
[0016]实施例1:如图1所示，本实施例具体涉及一种基于自相似放大器的可调谐紫外光的产生方法，该可调谐紫外光的产生方法包括如下步骤:
(1)将超短脉冲光纤激光器000、级联式高功率放大器100以及四倍频系统200进行依次连接，其中，级联式高功率放大器100由依次连接的第一级放大器100a、第二级放大器100b、预啁啾管理模块100c、第三级放大器100d以及啁啾补偿模块100e所组成，第一级放大器100a采用单模增益光纤放大，第二级放大器100b采用大模场光子晶体增益光纤进行啁啾脉冲放大，第三级放大器100d采用大模场光子晶体增益光纤和预啁啾管理模块100c进行自相似放大；四倍频系统200是通过两次倍频系统将近红外光谱倍频获得紫外光谱
(2)超短脉冲光纤激光器000产生的光脉冲序列作为种子激光源，其输出的超短脉冲进入级联式高功率脉冲放大器100进行放大；
(3)级联式高功率脉冲放大器100中的第一级放大器100a和第二级放大器100b将光脉冲放大到几瓦量级，再通过预啁啾管理模块100c将光脉冲优化至最佳，经预啁啾管理技术优化后光脉冲进入第三级放大器100d中进行自相似放大；自相似放大过程脉冲会进行自相似演化，其光谱和脉宽均会展宽，但是脉宽展宽引入的是线性啁啾量，啁啾补偿模块100e可以补偿掉该线性啁啾，获得宽光谱、高功率的超短脉冲输出；
(4)四倍频系统200是通过两次倍频系统将近红外光谱倍频获得紫外光谱；由于通过预啁啾管理技术和自相似放大系统获得的近红外光的脉宽十分