飞秒参量激光自动延时补偿方法及其装置 本发明涉及一种光学技术，特别是涉及产生飞秒参量激光自动延时补偿的方法和装置。
利用非线性光学晶体的参量效应，开发的高效宽调谐飞秒激光器件，在被用来研究超快弛豫过程和共振选择激发以及一系列新学科，如超快非线性光学、X激光的产生、激光等离子体技术的改进、光孤子通讯以及飞秒物理学、飞秒化学和飞秒光电子学等方面有重大的应用前景，因此成为当今国际激光界关注的热门课题。
飞秒光参量激光器实用化的一个问题是参量过程中泵光脉冲与参量光脉冲的同步补偿问题。例如图1所示美国COHERENT公司的产品：OPA-9400超快飞秒光参量放大器，该仪器采用800nm飞秒激光作为泵光(1)，它被分束镜(4)分为两部分，其中一束经过非线性光学晶体BBO(20)倍频，形成400nm泵光后入射到非线性光学晶体BBO(6)上；另一束泵光则通过SAPPHIRE(19)后成为白光(48)在经延时调整台(25)调整后同步入射到非线性光学晶体BBO(6)上，白光(48)作为种子光被泵光放大，产生参量光(46)。产生的参量光(46)通过双色镜(7)后被参量光全反镜(17)反射再回到非线性光学晶体BBO(6)上，而剩余泵光(47)则被双色镜(7)反射到延时调整台(24)上的泵光全反镜(9)上，再被反射回非线性光学晶体BBO(6)上，为了使剩余泵光脉冲(47)与被反射回的信频或闲频光脉冲(46)同步，该产品采用了延时调整台(24)。这种参量放大器实现了飞秒参量激光的宽调谐输出，但其存在一严重不足：由于光路中非线性光学晶体和光学元件的色散，导致在再生放大过程中返回到非线性光学晶体(6)的剩余泵光脉冲(47)和参量光脉冲(46)在时间上不重合。为了使二者重合一致，该产品采用的是手动延时机构，手动延时机构是由可来回移动的延时调整台(24)和泵光全反镜(9)组成，在参量调谐过程中，延时调整台(24)需随着参量光波长地变化而不断进行手动调整，整个过程极为费时繁琐。
本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点和不足，为了使再生放大过程中剩余泵光脉冲和被反射回的闲频或信频光脉冲在参量调谐过程中能重合，实现自动调谐，提高飞秒激光器的易操作性，从而提供一种高精度飞秒参量激光自动延时补偿方法及装置，通过控制剩余泵光对光学平晶的入射角的大小来达到上述目的。本发明的目的是这样实现的：
本发明所提供的自动延时补偿装置包括：圆盘(10)、钢丝(21)、从动轮(11)、一个或多个凸轮(12)、一个或多个摆杆(13)、一块或多块光学平晶(8)、非线性光学晶体(6)。非线性光学晶体(6)放在圆盘(10)上，圆盘(10)与从动轮(11)通过钢丝(21)联动，凸轮(12)和从动轮(11)套在传动轴(26)上，摆杆(13)一端紧靠在凸轮(12)上，另一端与放在剩余泵光光路上的光学平晶(8)相联。
本发明的飞秒激光自动延时补偿方法是将本发明所提供的自动延时补偿装置插入上述已知的飞秒参量激光器光路中，即在剩余泵光的光路中插入本装置中的光学平晶，最好是以布儒斯特角放置，泵光以布儒斯特角入射到平晶上以减少损耗。光学平晶的转动由摆杆牵动，在波长调谐过程中，只要非线性光学晶体转动，它的转角变化通过圆盘、钢丝、从动轮和传动轴带动凸轮转动，与凸轮相连的摆杆也随之联动并带动与摆杆相连的光学平晶转动，这样剩余泵光通过光学平晶的光程也相应地变化。调整本发明的机械传动机构的参数以调整非线性光学晶体和光学平晶间的传动关系，就可以达到使剩余泵光与参量光达到同步的目的。另外传动轴上可以套上多个凸轮，每个凸轮连着一根摆杆，摆杆另一端又连着一块光学平晶，这样可以同时补偿多个光程。
由于通过光学平晶的泵光为偏振光，所以本发明将光学平晶与泵光成布儒斯特角放置，以消除菲涅耳损耗。在延时调整过程中，由于所要补偿的光程量的改变量非常小，光学平晶只需做微小的转动便可达到目的，此时它所引起的菲涅耳损耗仍然很小。
本发明的泵光包括：连续激光和脉冲激光。非线性光学晶体包括：铌酸锂LiNbO3，偏硼酸钡BBO，三硼酸锂LBO，磷酸二氢钾KTP，掺氧化镁铌酸锂MgO∶LiNbO3，碘酸锂LiIO3。本发明的优越性：
本发明提供的一种高精度飞秒参量激光自动延时补偿方法和装置，使得以前在操作过程中需手动完成的调整工作可自动完成。这样既方便了使用，又能与计算机自控技术相结合，完成人机对话功能，自动输出所需参量激光，进一步达到飞秒参量激光器的实际应用。下面结合附图及具体实施方案对本发明进行详细说明：
图1是COHERENT公司OPA-9400型秒光参量激光器的光路图图2是一种带有自动延时补偿装置的高精度飞秒参量激光器实施方案图图3是本发明自动延时补偿装置组成示意图。图4是另一种带有自动延时补偿装置的参量激光器实施方案图图面说明如下：
(1)输入泵光光束；
(2)(3)泵光；
(4)分束镜；
(5)(7)(30)双色镜(反泵光，透参量光)；
(6)非线性光学晶体；
(8)(16)光学平晶；
(9)(18)(27)(28)(29)(33)(49)泵光全反镜；
(10)圆盘；
(11)(22)从动轮；
(12)(14)凸轮；
(13)(15)摆杆；
(17)参量光全反镜；
(19)SAPPHIRE；
(20)非线性光学晶体(倍频用)；
(21)钢丝；
(23)(42)(50)(51)宽带全反镜；
(24)(25)延时调整台；
(26)传动轴；
(31)非线性光学晶本(放大用)；
(32)弹簧；
(34)(35)双色镜(反参量光，透泵光)；
(36)(40)(41)(43)(44)(45)透镜；
(46)参量光；
(47)剩余泵光；
(48)白光；
实施例一：
按图3做一飞秒参量激光自动延时补偿装置，并把它放置在按图2制作的飞秒参量激光器光路中，所放位置以本装置中光学平晶(8)以布儒斯特角放置在剩余泵光(47)来回的路径中为准。本例中的自动延时补偿装置的机械传动机构是由圆盘(10)、一根钢丝(21)、一个从动轮(11)、传动轴(26)、一个凸轮(12)、一根摆杆(13)组成。
其中一根钢丝(21)套在圆盘(10)和从动轮(11)上，在从动轮(11)中心穿过一根传动轴(26)，传动轴(26)上固定一凸轮(12)，凸轮(12)摆杆(13)一端相接，而摆杆另一端则安置一块石英平晶(8)。圆盘(10)上固定有非线性光学晶体(6)，圆盘(10)的转动可由计算机控制。泵光(2)激发非线性光学晶体偏硼酸钡BBO(6)，产生参量光(46)，参量光(46)通过双色镜(7)照射到参量光全反镜(17)后被反射回非线性光学晶体偏硼酸钡BBO(6)上。透过非线性光学晶体(6)的剩余泵光(47)则被双色镜(7)反射，通过石英平晶(8)后到泵光全反镜(9)按原路反射回非线性光学晶体偏硼酸钡BBO(6)上，对参量光进行再生放大。为使泵光脉冲(47)与参量光脉冲(46)重合，转动石英平晶(8)来进行调节。具体来说，就是在调谐过程中，当圆盘(10)带动非线性光学晶体偏硼酸钡BBO(6)转动的同时，通过机械联动机构(钢丝(21)、从动轮(11)、传动轴(26))带动凸轮(12)、摆杆(13)运动，使石英平晶(8)也作出相应转动。
为了对参量光(46)进行放大，另一束泵光(3)通过泵光全反镜((18)，(27)，(28)，(29))及双色镜(30)后，照射到非线性光学晶体(31)上，因而在剩余泵光(47)被延时补偿的同时泵光(3)也应随之被补偿，使参量输出保持同步。于是在图2中在泵光(3)通过的路径上又插入一组延时机构。这样在参量放大过程中，达到了补偿同步的目的。
未采用本发明前的泵光脉冲同参量光脉冲的同步精度为±200飞秒，采用本发明所提供的飞秒参量激光自动延时补偿技术后，同步延时精度可达±5飞秒。实施例二：
按图3做成有两个从动轮、两个摆杆、凸轮和两块光学平晶的自动延时补偿装置，并把它放置在按图2制作的飞秒参量激光器光路中。本发明选用的光学平晶(8)为石英平晶，并以布儒斯特角放置在图2的参量激光器的剩余泵光(47)来回的路径中。本发明的自动延时补偿装置的机械传动机构是由圆盘(10)、联动机构(钢丝(21)、从动轮(11)(22)、传动轴(26)、凸轮(12)(14)、摆杆(13)(15)组成。
其中一根钢丝(21)套在圆盘(10)和两个从动轮(11)(22)上，在从动轮(11)中心穿过一根传动轴(26)，传动轴(26)上固定凸轮(12)(14)，两个凸轮上各连有一摆杆(13)(15)，在两摆杆上各安置一块石英平晶(8)(16)。圆盘(10)上固定有非线性光学晶体(6)，圆盘(10)的转动可由计算机控制。在图2中，泵光(1)被分束镜(4)分为两部分：泵光(2)和泵光(3)。泵光(2)激发非线性光学晶体偏硼酸钡BBO(6)，产生参量光(46)，参量光(46)通过双色镜(7)照射到参量光全反镜(17)后被反射回非线性光学晶体偏硼酸钡BBO(6)上。透过非线性光学晶体(6)的剩余泵光(47)则被双色镜(7)反射，通过石英平晶(8)后到泵光全反镜(9)按原路反射回非线性光学晶体偏硼酸钡BBO(6)上，对参量光进行再生放大。为使泵光脉冲(47)与参量光脉冲(46)重合，转动石英平晶(8)来进行调节。具体来说，就是在调谐过程中，当圆盘(10)带动非线性光学晶体偏硼酸钡BBO(6)转动的同时，通过机械联动机构(钢丝(21)、从动轮(11)(22)、传动轴(26))带动凸轮(12)、摆杆(13)运动，使石英平晶(8)也作出相应转动。
在图2所示的装置中，为了对参量光(46)进行放大，另一束泵光(3)通过泵光全反镜((28)，(27)，(18)，(29))及双色镜(30)后，照射到非线性光学晶体(31)上，因而在剩余泵光(47)被延时补偿的同时泵光(3)也应随之被补偿，使二者保持同步。于是在图2中在泵光(3)通过的路径上又插入一组延时机构(由石英平晶(16)，摆杆(15)，凸轮(14)构成)。这样在参量放大过程中，达到了补偿同步的目的。
未采用本发明前的泵光脉冲同参量光脉冲的同步精度为±200飞秒。采用本发明所提供的飞秒参量激光自动延时补偿技术后，同步延时精度可达±5飞秒。实施例三：
按图4构置一台同步泵浦飞秒光参量激光器。非线性晶体(6)采用角度调谐的三硼酸锂晶体LBO，或偏硼酸钡晶体BBO，或磷酸二氢钾晶体KTP。双色镜(34)(35)为共焦结构，透泵光(1)，反射参量光(46)。泵光(1)可采用CW锁模飞秒钛宝石激光的基频(约800nm)或二次谐波(约400nm)。宽带全反镜(50)(51)和双色镜(34)(35)组成环形腔或驻波腔，其光程与泵光脉冲周期同步。调谐过程中非线性晶体(6)引起的色散效应将使此同步条件失配，因此在腔光路中加入一延时补偿装置，其装置放置位置13，光学平晶放在腔光路上为准，进行调谐，实现补偿同步，可达到±5飞秒精度。