专利名称：基于表面等离子波的光谱整形装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种激光应用技术领域的装置，具体是一种基于表面等离子 波的光谱整形装置。
背景技术：
在超短激光脉冲放大过程中，增益窄化效应是限制超短超强激光系统输出功率进 一步提高的不利因素之一。增益窄化效应指的是由于固体激光放大介质的带宽有限，导致 激光脉冲的中心增益高，边缘的增益低，随着激光脉冲的逐级放大，激光脉冲的光谱会变得 越来越窄。增益窄化效应使激光脉冲不能够充分地利用激光放大介质的增益带宽，从而得 不到有效的放大，且导致放大后的啁啾脉冲难以被压缩还原至种子脉冲的宽度。为了补偿 放大介质的增益窄化效应，在超短激光脉冲进入放大介质之前，需先对其光谱进行整形。光谱整形技术已经广泛地应用于超短超强激光系统中。现有的光谱整形技术之一 是采用棱镜/波导耦合单元，其透射率曲线是中心凹陷的，这种形状的透射率曲线可降低 激光脉冲光谱中心的透射率，保持边缘的透射率，从而抵消放大介质的增益窄化效应，使放 大后的激光脉冲不致变窄。经过对现有技术的检索发现，刘向明等人于2006年在《Journal Of Optics A Pure andApplied Optics)) 20068 :454_457上发表的“棱镜耦合法实现飞秒脉冲的光谱整 形”一文中，记载了一种利用棱镜/波导耦合单元的衰减全反射性质实现了超短激光脉冲 的光谱整形的方法，其整形原理为制作由棱镜及沉积在棱镜上的四层薄膜层组成的棱镜 /波导耦合单元，其透射率曲线呈中心凹陷形状，利用这种衰减全反射性质可实现飞秒激光 光谱的整形。但这种方法存在一定的缺陷①棱镜/波导耦合单元的衰减全反射曲线受飞 秒激光脉冲的部分相干性的影响很大；②棱镜/波导耦合单元的衰减全反射曲线的半高全 宽约十几纳米，无法对宽光谱的飞秒激光脉冲进行整形。现有的飞秒激光脉冲光谱的半高 全宽已宽至两三百纳米。
实用新型内容本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于表面等离子波的光谱整 形装置，该装置结构简单，成本低廉，使用时操作方便，可有效地实现宽光谱的飞秒激光脉 冲的光谱整形。本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括飞秒激光器、反射镜、 偏振器、棱镜、金膜耦合单元、转角仪、光谱仪和计算模块，其中棱镜和金膜耦合单元组合 构成克莱切曼耦合方式并固定设置于转角仪上，飞秒激光器、反射镜和偏振器依次置于转 角仪的一侧并构成发射单元，光谱仪和计算模块依次设置于转角仪的另一侧并构成接收单兀。本实用新型通过以下方式实现整形首先通过实验模拟，根据待整形的飞秒激光 脉冲的中心波长和半高全宽分别计算出入射角θ和设计恰当的金膜耦合单元厚度。使用
3真空镀膜机，用溅射法在ZF棱镜底面上制成金膜耦合单元，飞秒激光器输出的激光依次经 反射镜和偏振器变为TM偏振光，然后入射到ZF棱镜的侧面并在ZF棱镜与金膜耦合单元的 分界面上激发出表面等离子波并反射至ZF棱镜的另一侧，反射后的飞秒激光脉冲的光谱 被整形成中心凹陷状并由光谱仪接收检测，最后由计算模块输出整形结果；进一步通过旋 转转角仪调节入射角并根据整形光谱微调转角仪直到出现理想的整形光谱。本实用新型装置适用于现有的宽光谱的飞秒激光脉冲的光谱整形。
图1为本实用新型结构示意图；图1中1棱镜、2金膜耦合单元、3转角仪、4飞秒激光器、5反射镜、6偏振器、7光 谱仪、8计算机。图2为实施例1表面等离子波示意图。图3为实施例1整形效果示意图。图4为实施例2整形效果示意图。图5为实施例3整形效果示意图。图6为实施例整形效果示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限 于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括棱镜1、金膜耦合单元2、转角仪3、飞秒激光器4、反射 镜5、偏振器6、光谱仪7和计算模块8，其中棱镜1和金膜耦合单元2组合构成克莱切曼 耦合方式并固定设置于转角仪3上，飞秒激光器4、反射镜5和偏振器6依次置于转角仪3 的一侧并构成发射单元，光谱仪7和计算模块8依次设置于转角仪3的另一侧并构成接收单元。本实施例中的具体器件参数如下所述的棱镜1为ZF7棱镜；所述的飞秒激光器4为自锁模掺钛蓝宝石飞秒激光器；所述的反射镜5为平面反射镜；所述的偏振器6为偏振片；所述的光谱仪7为:USB 2000微型光纤光谱仪7在本实施例中，将入射激光参数调节为中心波长800纳米，半高全宽100纳米。 克莱切曼耦合方式参数为棱镜1的介电常数为3. 24，金膜耦合单元2厚度为60纳米，介 电常数为ε =-23. 4+1. 55i波长为800纳米时。调节偏振器6使飞秒激光的偏振方向平行于入射面，变为TM偏振光，旋转转角仪 3，使激光的入射角θ大致为34度，同时观察光谱仪上整形后的光谱形状，继续微调转角仪 3，可得到最佳的整形后的光谱，如图3所示。图2的表面等离子波是计算模拟出来的。由图3可见，当金膜耦合单元2的厚度为60纳米时，旋转转角仪3，调整入射角θ为34. 6度，这时对半高全宽100纳米、中心波长800纳米的飞秒激光光谱进行整形可达到 较为理想的效果。将入射激光参数调节为入射激光参数为中心波长850纳米，半高全宽100纳 米。克莱切曼耦合方式参数为棱镜1的折射率为1. 8，金膜耦合单元2的厚度为60纳米， 介电常数ε =-23. 4+1. 55i波长为800纳米时。调节偏振器6使飞秒激光的偏振方向平行于入射面，变为TM偏振光，旋转转角仪 3，调整入射角θ大致为34度，同时观察计算机屏幕上显示的整形光谱，继续微调转角仪3， 直到出现理想的整形光谱为止，如图4所示。同样，由图4可见，当金膜耦合单元2的厚度为60纳米时，旋转转角仪3，调整入射 角θ为34. 5度，这时对半高全宽100纳米，中心波长850纳米的飞秒激光光谱进行整形可 达到较为理想的效果。将入射激光参数调节为入射激光参数为中心波长800纳米，半高全宽100纳 米。折射率为1.8的棱镜1和金膜耦合单元2。不同厚度的金膜耦合单元2，厚度分别为60 纳米、50纳米、40纳米的金膜耦合单元所激发出的表面等离子波对同一飞秒激光脉冲整形 后的光谱如图5所示。由图5可见，对半高全宽100纳米、中心波长800纳米的飞秒激光进行整形时，设 计金膜耦合单元2的厚度为60纳米，飞秒激光的入射角θ为34. 6度时，可达到较为理想 的效果，最佳整形效果如图6所示。本实施例涉及的是基于表面等离子波的光谱整形装置，此装置采用的是新颖的表 面等离子技术，此技术通过由棱镜和金膜耦合单元构成的克莱切曼耦合方式来实现。具体 实现方式是根据待整形的飞秒激光脉冲的中心波长和半高全宽分别计算出入射角θ和设 计恰当的金膜耦合单元厚度。根据待整形的飞秒激光器(4)发出的飞秒激光脉冲的中心 波长，可以通过旋转转角仪(3)以调节激光的入射角θ来匹配；根据待整形的飞秒激光器 (4)发出的飞秒激光脉冲的半高全宽，可以设计恰当的金膜耦合单元厚度，以得到与飞秒激 光光谱宽度相匹配的表面等离子波。与现有的棱镜/波导耦合单元整形装置相比，其优点 是半高全宽宽，不受部分相干性的影响，且结构简单，成本低廉。
权利要求一种基于表面等离子波的光谱整形装置，其特征在于，包括飞秒激光器、反射镜、偏振器、棱镜、金膜耦合单元、转角仪、光谱仪和计算模块，其中棱镜和金膜耦合单元组合构成克莱切曼耦合方式并固定设置于转角仪上，飞秒激光器、反射镜和偏振器依次置于转角仪的一侧并构成发射单元，光谱仪和计算模块依次设置于转角仪的另一侧并构成接收单元。
2.根据权利要求1所述的基于表面等离子波的光谱整形装置，其特征是，所述的飞秒 激光器为自锁模掺钛蓝宝石飞秒激光器。
3.根据权利要求1所述的基于表面等离子波的光谱整形装置，其特征是，所述的反射 镜为平面反射镜。
专利摘要一种激光应用技术领域的基于表面等离子波的光谱整形装置，包括飞秒激光器、反射镜、偏振器、棱镜、金膜耦合单元、转角仪、光谱仪和计算模块，其中棱镜和金膜耦合单元组合构成克莱切曼耦合方式并固定设置于转角仪上，飞秒激光器、反射镜和偏振器依次置于转角仪的一侧并构成发射单元，光谱仪和计算模块依次设置于转角仪的另一侧并构成接收单元。该装置结构简单，成本低廉，使用时操作方便，可有效地实现宽光谱的飞秒激光脉冲的光谱整形。
文档编号H01S3/10GK201674109SQ201020201398
公开日2010年12月15日 申请日期2010年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者朱鹏飞, 黄小安 申请人:上海交通大学