实时飞秒激光单次测量研究

为了能够对强场飞秒激光进行单发实时准确的测量,采用LabVIEW对单次自相关仪测量的数据进行实时分析处理,设计了实时在线测量飞秒激光脉冲的测量系统。在数据分析时,通过对图像处理区域的限制以及对图像数据积分极大地降低了信号的噪声,提高了测量的准确性。利用自标定方法在线标定自相关仪,实时获得激光脉冲宽度信息; 结合小尺寸像素CCD,获得单像素3.6fs的精度; 并利用自主搭建的设备,成功在线实时测量了中心波长800nm、脉宽约50fs的钛宝石激光脉冲。结果表明,基于LabVIEW的单次相关仪能够实时测量飞秒脉冲,且测量结果精度高、可靠性好。     

高能量低重复频率超短激光脉冲的测量

利用非线性晶体 (BBO)的非共线匹配倍频效应 ,研制了实时测量高能量低重复频率超短激光脉冲宽度的单脉冲自相关仪 ,并对飞秒 (fs)参量放大器的输出脉冲宽度进行了测量 ,测得了 10 3fs的超短激光脉冲宽度。     

深紫外飞秒激光脉宽测量

为准确测量193 nm深紫外飞秒激光的脉冲宽度，基于氟化钙的双光子荧光效应，设计并搭建了用于紫外飞秒激光脉冲的脉宽测量系统。双光子荧光信号强度与入射激光光强的平方依赖关系证明了获得双光子荧光信号的可靠性。利用插入法进行了CCD探测系统的数值标定，获得单像素对应的时间尺度为7.35 fs。单脉冲测量下，得到193 nm深紫外飞秒激光的脉宽为476.1 fs，与利用光谱法进行测量计算得到的结果基本吻合。     

实时显示干涉(8:1)自相关器

报道了一种可实时测量超短激光脉冲宽度及啁啾特性的干涉(8:1)自相关器.扫描频率为1～20Hz.测量误差小于3fs.主要用于自锁模Ti:Al_2O_3.Cr:LiSGAF等各种飞秒激光器光脉冲宽度的实时测量.     

利用快速相位反馈控制输出变换极限飞秒激光脉冲

报道了利用简化的频率分辨光学开关法快速测量飞秒激光脉冲,并形成反馈,控制液晶空间光调制器,补偿非线性光纤飞秒激光放大器输出脉冲的啁啾,获得了脉冲宽度74 fs的变换极限脉冲。     

基于多层薄板的全固态高能量飞秒激光脉冲非线性压缩技术

基于掺Yb³⁺光纤和掺Yb³⁺晶体的飞秒激光器输出的飞秒激光脉冲具有较高的脉冲能量和平均功率,被广泛应用于科研和工业生产;但受Yb³⁺增益介质增益带宽的限制,输出脉冲宽度很难小于300 fs。利用飞秒激光脉冲在多层薄板中的自相位调制效应,分别对基于掺Yb³⁺光纤和掺Yb³⁺晶体的飞秒激光器输出的飞秒激光脉冲进行非线性压缩。通过优化非线性压缩装置的各项参数,实现了对低能量、窄脉宽和高能量、宽脉宽脉冲的非线性压缩,分别获得了脉冲能量为64μJ、脉冲宽度为42 fs和脉冲能量为315μJ、脉冲宽度为79 fs的飞秒激光脉冲输出,第一级非线性压缩效率均超过80%,整体压缩效率分别为53%和65%。     

IBMPC/XT计算机控制精密光学自相关器和实验数据采集与处理自动化系统

本文介绍一种用于皮秒和飞秒级超短激光脉冲和激光与物质相互作用的超快过程测量的IBMPC/XT计算机控制精密光学自相关器和实验数据采集与处理自动化系统。该系统既可进行自相关测量,又可进行干涉强度自相关测量。仪器的时间分辨率达0.3fs.     

载波包络相位稳定的6 fs超快强激光脉冲及其在高次谐波产生中的应用

脉冲宽度40 fs,功率1.1 W的载波包络相位(CEP)稳定的飞秒激光脉冲在充氩气的空芯光纤内由于自相位调制频谱展宽,通过啁啾镜和斜劈补偿色散,最终可获得脉冲宽度为6 fs的载波包络相位稳定的强激光脉冲.将之应用到高次谐波实验中得到了脉冲宽度为500 as的单个阿秒脉冲.     

频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲

阐述了频率分辨光学开关法测量飞秒脉冲的原理,详细分析了模式尺寸效应和非线性效应对飞秒脉冲测量的影响.构建了一台用于飞秒脉冲测量的二次谐波-频率分辨光学开关装置,利用该装置对谐振腔输出的飞秒脉冲及压缩后的脉冲进行了测量.得到了飞秒脉冲的时间宽度及光谱宽度、电场及其相位在时域和频域的详细信息.谐振腔直接输出脉冲的时间宽度为56 fs,光谱宽度为27 nm,时间带宽积为0.686,算法中的最小误差为0.001792.脉冲压缩后的测量结果为27 fs,光谱宽度为92 m,时间带宽积为1.27,算法误差为0.0093289.     

转镜式快速扫描自相关器的研究

本文描述一种用于飞秒激光脉冲宽度测量的自相关装置。它可令光脉冲产生周期性的时间延迟。借助于示波器,可以显示出激光脉冲强度的二次相关曲线,从而实现对周期性飞秒脉冲宽度的实时快速监测。     

Dual Semiconductor Laser System With Rapid Time-Delay for Ultrafast Measurements

We present a dual semiconductor laser system at 1.55 mum with femtosecond pulse widths and very low timing jitter for rapid pump-probe measurements. Synchronizing the two lasers to the same low-noise radio frequency-oscillator allows the use of an electrical phase shifter for the relative time delay between the lasers. This leads to a large scanning window that nearly matches the pulse period of 2.5 ns, as well as achieving a discrete time step of below 100 fs. The timing jitter of the complete dual laser system including all electronics is only 540 fs across the whole time delay. The nonlinear pulse compression using especially designed comb-like dispersion profiled fiber leads to autocorrelation widths of 310 fs. The system performance, i.e., the high time resolution is demonstrated by optical cross correlation of the pump and probe pulse, showing a very low full-width at half maximum of 1.3 ps     

基于光子晶体光纤飞秒激光放大器的微纳加工系统

以掺镱大模面积光子晶体光纤(PCF)飞秒激光放大器为光源组建了一套结构紧凑且运行稳定的飞秒激光微纳加工系统,中心波长为1040 nm,重复频率50 MHz,最大平均功率16 W,光栅压缩后脉冲宽度85 fs。利用该套系统在硅片、金属薄膜(Cr膜、Al膜)上演示了微图案的刻划,并与采用重复频率1 kHz的固体钛宝石飞秒激光放大器的加工结果进行对比,发现利用新组建的加工系统进行微纳加工,由于单脉冲能量较小且便于调节,使得刻划微图案时边缘加工效果更容易控制,且避免了加工过程中未加工区域受到的污染,保护了制作衬底。显示了该套系统高重复频率和高平均功率的特性及其在改善微纳加工效果及明显提高加工效率方面的优势。     

剩余啁啾对自相关法测量超短脉冲脉宽的影响

为了研究待测超短脉冲存在剩余啁啾对2次谐波自相关法测量脉宽产生的影响,以2次谐波自相关法测量原理为出发点,采用2次耦合波方程数值模拟计算了中心波长800nm、脉宽100fs的超短激光脉冲存在不同啁啾量时,经过偏硼酸钡(β-BaB2O4,BBO)晶体Ⅰ类非共线相位匹配进行2次谐波自相关测量对测量结果的影响。分析发现,正啁啾使测量值比实际值偏大,负啁啾使测量值偏小;负啁啾比正啁啾对脉宽测量的影响更大,当脉冲的啁啾参量C=20时测量误差为23%,而C=-20时测量误差高达53%;且测量误差随啁啾量的增大而增大。模拟计算了非线性晶体厚度对脉宽测量的影响,结果表明,选取较薄的非线性晶体能够有效控制啁啾量引起的测量误差,使用非线性晶体的厚度L≤0.5Ld可将脉宽测量误差控制在理想的范围。     

飞秒激光啁啾的直观可行检测方法

基于飞秒脉冲相关干涉项含有脉冲的相位和频率信息,测量自相关二次谐波干涉条纹可见的振荡频率为?棕?子及2?棕?子两个谱分量的大小和形状,以及二次干涉自相关函数包络面积的大小和形状,可以得到飞秒激光脉冲啁啾大小的信息。另外,通过对二次干涉自相关(IAC)迹线求一阶导数得到的干涉自相关导数光谱(D?鄄MOSAIC)的峰谷与啁啾正负对应关系,找到了判定啁啾正负的方向因子即正弦函数因子,据此能够判断飞秒激光脉冲啁啾的正负。因此,采用能够满足光学相干探测基本条件的测量系统,利用二阶干涉自相关法可以用来检测飞秒脉冲激光的啁啾特性。     

飞秒激光诱导硅材料表面周期结构的研究

为了研究飞秒激光诱导的硅材料周期表面结构,采用了理论分析和实验验证相结合的方法,对波纹周期与入射激光波长之间关系的理论分析计算,得到了单晶硅表面波纹周期约为800nm,研究了1kHz的飞秒脉冲(中心波长800nm,脉宽35fs)加工单晶硅引起的波纹结构。结果表明,在功率密度略大于样品损伤阈值的条件下,单晶硅表面形成了清晰的平行等间距直线周期条纹结构,测得该条纹的周期约为750nm,与所用激光中心波长接近。使用可旋转的格兰-泰勒棱镜改变入射激光的偏振方向,发现周期波纹方向随入射激光偏振方向的改变而改变,条纹方向与飞秒激光的电矢量方向垂直,并且由加工图片看出经辐照过的区域比未经辐照区域干净得多。这一结果对进一步研究激光诱导的周期性表面结构具有参考意义。     

飞秒激光实现微机电系统加工短流程工艺

为探讨采用飞秒激光直接刻写样品取代传统光刻掩膜版方式来实现微机电系统(MEMS)加工短流程工艺的可行性,采用中心波长为800nm、脉宽为50fs的激光对100硅片(薄膜为350nm～500nm厚的氮化硅)进行实验,分析了飞秒激光材料加工特性.分析和实验结果表明,飞秒激光比纳秒、皮秒激光更适用于短流程工艺.MEMS加工短流程工艺减少了加工流程,缩短了加工周期.通过对激光脉冲能量和平台移动速度的控制可实现精确微加工.