飞秒脉冲激光的载波包络相位锁定装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光光学装置，具体涉及飞秒脉冲激光光学装置。
【背景技术】
[0002]自从A.Braun于1996年首次观察到飞秒脉冲激光在空气中传输时形成的细丝现象(即成丝现象)之后，研究者开始研究飞秒激光驱动成丝的原理，并将其广泛用于大气的测量领域，例如用于大气污染物的测量、室内空气检测和毒气检测等。细丝形成过程中主要有两个物理机理在起作用:自聚焦效应和自散焦效应。当由介质克尔效应产生的自聚焦效应与由光束衍射和空气电离产生的等离子体所形成的自散焦效应相互平衡时就会产生成丝现象。气体成丝中包含许多复杂的线性和非线性过程，例如自相位调制、自聚焦、群延迟色散、拉曼散射、电离等。
[0003]M.Krilger于2011年发现亚十飞秒量级(10飞秒以内)的超短脉冲激光具有一个特殊意义的物理量:载波包络相位，通过改变超短脉冲激光的载波包络相位实现了对成丝电导率的控制。
[0004]为了对成丝电导率进行精确控制，目前面临的一个问题是精确锁定飞秒脉冲激光的载波包络相位。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是精确锁定飞秒脉冲激光的载波包络相位。
[0006]本发明的一个实施例提供了一种飞秒脉冲激光的载波包络相位锁定装置，包括:
[0007]自相位调制器，用于将飞秒放大激光器射出的第一飞秒脉冲激光光谱展宽后射出第二飞秒脉冲激光；
[0008]载波包络相位调节元件，用于将所述第二飞秒脉冲激光分成第三飞秒脉冲激光和第四飞秒脉冲激光，并调节所述第三飞秒脉冲激光的载波包络相位；
[0009]负色散压缩装置，用于将所述第三飞秒脉冲激光的脉宽压缩得到亚十飞秒量级的第五飞秒脉冲激光；
[0010]载波包络相位测量装置，用于测量所述第四飞秒脉冲激光的载波包络相位；以及
[0011]载波包络相位调节装置，其用于根据所述第四飞秒脉冲激光的载波包络相位调节所述第一飞秒脉冲激光的载波包络相位。
[0012]优选的，所述载波包络相位调节装置包括:
[0013]位于所述第一飞秒脉冲激光光路上的棱镜对；以及
[0014]棱镜对调节装置，用于根据所述第四飞秒脉冲激光的载波包络相位调节所述棱镜对在所述第一飞秒脉冲激光光路上的插入量。
[0015]优选的，所述载波包络相位调节元件为尖劈，用于将所述第二飞秒脉冲激光的一部分透射得到所述第三飞秒脉冲激光，且将所述第二飞秒脉冲激光的另一部分反射得到所述第四飞秒脉冲激光。
[0016]优选的，所述自相位调制器为空心光纤，所述飞秒脉冲激光的载波包络相位锁定装置包括光束准直装置，用于将所述第一飞秒脉冲激光准直地入射到所述空心光纤中。
[0017]优选的，所述光束准直装置包括:
[0018]分束镜，用于反射所述第一飞秒脉冲激光的一部分得到第六飞秒脉冲激光，且透射所述第一飞秒脉冲激光的另一部分得到第七飞秒脉冲激光；
[0019]第一凹面镜和位置敏感探测器，所述第一凹面镜用于将所述第七飞秒脉冲激光汇聚并反射到所述位置敏感探测器上。
[0020]优选的，所述光束准直装置还包括:
[0021]爬高镜，用于增加所述第一飞秒脉冲激光与水平面的高度，使得所述第一飞秒脉冲激光与所述空心光纤位于同一水平面上；以及
[0022]第一导光镜，用于将所述爬高镜射出的第一飞秒脉冲激光反射到所述分束镜上。
[0023]优选的，所述光束准直装置还包括位于所述爬高镜和第一导光镜之间的凸透镜；所述飞秒脉冲激光的载波包络相位锁定装置还包括第二凹面镜和第二导光镜，所述第二凹面镜用于将所述第三飞秒脉冲激光的光束变成平行光束并反射到所述第二导光镜上，所述第二导光镜将其接收的入射光反射到所述负色散压缩装置。
[0024]优选的，所述载波包络相位测量装置为f_2f干涉仪。
[0025]优选的，所述f_2f干涉仪包括沿直线依次排列的离轴抛物面镜、倍频晶体、滤光片、1/2波片、偏振分束器和光谱仪。
[0026]优选的，所述负色散压缩装置为啁啾压缩器。
[0027]本发明的载波包络相位锁定装置能实现精确锁定飞秒脉冲激光的载波包络相位，并且能够调节飞秒脉冲激光的载波包络相位。
【附图说明】
[0028]以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中:
[0029]图1是本发明第一个实施例的飞秒脉冲激光的载波包络相位锁定装置的光路图。
[0030]图2是图1的飞秒脉冲激光的载波包络相位锁定装置中的光谱仪测量的载波包络相位图。
[0031]图3是本发明第二个实施例的飞秒脉冲激光的载波包络相位锁定装置的光路图。
[0032]图4是本发明第三个实施例的飞秒脉冲激光的载波包络相位锁定装置的光路图。
[0033]图5是利用图4的飞秒脉冲激光的载波包络相位锁定装置驱动空气成丝的示意图。
[0034]图6是成丝电导率随载波包络相位相对改变量变化的曲线图。
【具体实施方式】
[0035]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。
[0036]图1是本发明第一个实施例的飞秒脉冲激光的载波包络相位锁定装置的光路图。飞秒脉冲激光的载波包络相位锁定装置10包括空心光纤11、尖劈12、啁啾压缩器13、f_2f干涉仪14和载波包络相位调节装置15。
[0037]飞秒放大激光器100是一台采用钛宝石激光晶体作为增益介质的克尔透镜锁模飞秒激光器，其发射出频率1kHz、单脉冲能量0.8毫焦、光谱范围为730nm?830nm、脉宽25飞秒的飞秒脉冲激光LI。
[0038]飞秒放大激光器100发射的飞秒脉冲激光LI入射至空心光纤11中，与空心光纤11中的氖气发生自相位调制效应从而实现飞秒脉冲激光LI的扩谱。空心光纤11射出频率1kHz、单脉冲能量0.4毫焦、光谱范围为590nm?1190nm、脉宽25飞秒的飞秒脉冲激光L2。
[0039]飞秒脉冲激光L2入射至尖劈12上，尖劈12用于透射大部分飞秒脉冲激光L2得到飞秒脉冲激光L3并入射至啁啾压缩器13中，且反射少部分飞秒脉冲激光L2得到飞秒脉冲激光L4并入射至f_2f干涉仪14中。通过调节尖劈12在激光光路上的插入量从而线性改变飞秒脉冲激光L3的载波包络相位。在本实施例中，尖劈12的插入量增加46.8微米时，飞秒脉冲激光L3的载波包络相位增加JT。
[0040]啁啾压缩器13包括用于提供负色散的7片啁啾镜和一片导光镜131，其中每对啁啾镜提供的负色散为_25fs2。7片啁啾镜将飞秒脉冲激光L3的脉宽压缩，经导光镜131反射后射出周期1kHz、单脉冲能量0.25毫焦、脉宽7飞秒的飞秒脉冲激光L5。
[0041]f-2f干涉仪14用于测量飞秒脉冲激光L4的载波包络相位，其包括沿直线依次布置的离轴抛物面镜141、倍频晶体142、绿光滤光片143、1/2波片144和偏振分束器145和光谱仪146。离轴抛物面镜141将飞秒脉冲激光L4聚焦后反射至倍频晶体142中，倍频晶体142产生的倍频光和基频光沿同一方向透过绿光滤光片143和1/2波片144后入射至偏振分束器145中发生干涉，光谱仪146测量干涉光从而获得飞秒脉冲激光L4的载波包络相位。
[0042]载波包络相位调节装置15包括位于飞秒脉冲激光LI光路中的棱镜对151和棱镜对调节装置152。棱镜对调节装置152根据光谱仪126所测量的载波包络相位信号，通过调节棱镜对151在飞秒脉冲激光LI光路中的插入量来改变飞秒脉冲激光LI的载波包络相位，进而对飞秒脉冲激光L2的载波包络相位进行锁定。由于飞秒脉冲激光L2在经过尖劈12和啁啾压缩器13过程中并未引入非线性过程，因此飞秒脉冲激光L5和飞秒脉冲激光L2的载波包络相位相差一个固定值，最终间接地实现锁定飞秒脉冲激光L5的载波包络相位。在一个优选的实施例中，棱镜对调节装置152是压电陶瓷微位移器，基于压电陶瓷的逆压电效应，在压电陶瓷两端施加电压引起压电陶瓷机械变形，发生变形的压电陶瓷改变棱镜对151在飞秒脉冲激光LI光路中的插入量。
[0043]图2是图1的飞秒脉冲激光的载波包络相位锁定装置中的光谱仪测量的载波包络相位图。根据图2可以看出，在0-500秒内，飞秒脉冲激光L4的载波包络相位基本上保持不变，即实现了飞秒脉冲激光L4的载波包络相位的锁定。根据上面的分析结论可知，图2验证