專利名稱：加寬連續(xù)譜的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學領域，更具體地，涉及加寬連續(xù)譜的方法和系統(tǒng)。
背景技術：
隨著激光技術的快速發(fā)展，強激光脈沖與原子或分子的相互作用可以實現(xiàn)超連續(xù)
譜的產生。超連續(xù)譜對于相干x-ray (射線)光源的發(fā)展起了較大的推動作用。同時，水窗
波段的超連續(xù)譜可以在生物成像和探測有很重要的應用，利用水窗波段的超連續(xù)譜，可以
獲得生物細胞瞬時的運動圖像。近年來，如何獲得更寬的超連續(xù)譜，甚至如何獲得譜寬達到
水窗波段的超連續(xù)譜，成為研究的重點和難點。
目前，獲得超連續(xù)譜的方法大致有以下四種方案 (1)采用"電離門"方式，即通過控制電子的電離產生超連續(xù)譜，這種方法能有效的產生超連續(xù)譜，但譜寬受到了一定的限制； (2)采用"加速門"方式，該方式利用雙色場或三色場等來控制電子在連續(xù)態(tài)中的運動，從而產生超連續(xù)譜；但這種方式產生的譜中，超連續(xù)譜的效率比非連續(xù)譜的效率低很多； (3)采用"偏振態(tài)門"方式，即通過控制電子與核的回復過程產生超連續(xù)譜，這種方式產生的超連續(xù)譜的效率比較低； (4)采用"雙光門"方式，即同時采用控制電子與核的回復和電子的電離過程產生
超連續(xù)譜。這種方式基于傳統(tǒng)的紅外"偏振態(tài)門"，利用一束激光相對比較弱的紅外光組成
的合光束產生超連續(xù)譜，該方式提高了連續(xù)譜產生的效率，但其截止區(qū)下降了 。 發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)，上述方式不能有效地產生超連續(xù)譜，且譜寬
相對比較小，不能很好地滿足實際需要。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在提供一種加寬連續(xù)譜的方法和系統(tǒng)，能夠解決譜寬相對比較小，不能很好地滿足實際需要等問題。
根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種加寬連續(xù)譜的方法，所述方法包括
在中紅外合光束上疊加指定波長的線偏振的紅外激光束；
將疊加后的合光束聚焦在稀有氣體上，并經過單光子電離產生光電子信號；
采集所述光電子信號得到加寬的連續(xù)譜。 根據本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明實施例還提供了一種加寬連續(xù)譜的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 疊加裝置，用于在中紅外合光束上疊加指定波長的線偏振的紅外激光束； 聚焦裝置，用于將所述疊加裝置疊加后的合光束聚焦在稀有氣體上，并經過單光
子電離產生光電子信號； 采集裝置，用于采集所述聚焦裝置產生的光電子信號，得到加寬的連續(xù)譜。
通過在中紅外合光束上疊加指定波長的線偏振的紅外激光束，能夠有效地產生寬帶超連續(xù)譜，能有效的拓展超連續(xù)譜的截止區(qū)，直到水窗波段；同時產生的超連續(xù)譜的效率與其他方法相比也較高。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中
圖1示出了本發(fā)明實施例1提供的加寬連續(xù)譜的方法流程 圖2示出了本發(fā)明實施例1提供的加寬連續(xù)譜的原理示意圖； 圖3示出了本發(fā)明實施例1提供的修正的"偏振態(tài)門"和傳統(tǒng)的"偏振態(tài)門"產生的超連續(xù)譜的比較示意圖； 圖4示出了本發(fā)明實施例1提供的另一修正的"偏振態(tài)門"和傳統(tǒng)的"偏振態(tài)門"產生的超連續(xù)譜的比較示意圖； 圖5示出了本發(fā)明實施例2提供的加寬連續(xù)譜的系統(tǒng)的結構框圖； 圖6示出了本發(fā)明實施例2提供的疊加裝置的結構框圖； 圖7示出了本發(fā)明實施例2提供的另一加寬連續(xù)譜的實驗原理示意圖； 圖8示出了本發(fā)明實施例2提供的光學壓縮系統(tǒng)的結構框圖； 圖9示出了本發(fā)明實施例2提供的真空腔的結構框圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖并結合實施例，來詳細說明本發(fā)明。
實施例1 本實施例提供了一種加寬連續(xù)譜的方法，參見圖l，為本實施例提供的加寬連續(xù)譜的方法流程圖，該方法包括 步驟S102 :在中紅外合光束上疊加指定波長的線偏振的紅外激光束； 步驟S104 :將疊加后的合光束聚焦在稀有氣體上，并經過單光子電離產生光電子
信號； 其中，稀有氣體即惰性氣體，例如氦氣或氖氣等；
步驟S106 :采集上述光電子信號得到加寬的連續(xù)譜。 其中，上述中紅外合光束可以由兩束強度相同、波長為2000nm、旋轉方向不同(例如一個為左旋，一個為右旋)的圓偏振中紅外激光合成的。
本實施例優(yōu)選線偏振的紅外激光束的指定波長為800nm。 本實施例采用的是修正的"偏振態(tài)門"的方法加寬連續(xù)譜，所謂修正的"偏振態(tài)門"，是相對傳統(tǒng)的"偏振態(tài)門"而言的，傳統(tǒng)的"偏振態(tài)門"由兩束強度相同、旋轉方向不同的圓偏振(分別為左旋和右旋)合成的激光光束來構成的；而修正的"偏振態(tài)門"是指在傳統(tǒng)"偏振態(tài)門"的基礎上，疊加上一束線偏振的激光，形成一個新的合成光束。
優(yōu)選地，在中紅外合光束上疊加指定波長的線偏振的紅外激光束包括
將激光調整為指定脈寬的激光； 對脈寬調整后的激光進行放大，得到預設波長的線偏振中紅外激光；
5
將線偏振中紅外激光轉換為旋轉方向分別為左旋和右旋的圓偏振中紅外合光束； 在圓偏振中紅外合光束疊加一束指定波長的線偏振的紅外激光束，紅外激光束與圓偏振中紅外合光束的相位差為2或0。 下面以脈寬大于30fs、波長為800nm的激光和脈寬為25fs、波長為800nm的激光為例，說明疊加形成的合光束的過程包括將脈寬大于30fs、波長為800nm的激光調整為脈寬為20fs、波長為800nm的激光；
對脈寬調整后的激光進行放大，得到脈寬為20fs、波長為2000nm的線偏振中紅外激光；將
線偏振中紅外激光轉換為旋轉方向分別為左旋和右旋的圓偏振中紅外合光束； 在圓偏振中紅外合光束疊加一束脈寬為25fs、波長為800nm的線偏振的紅外激光
束，其中，紅外激光束與圓偏振中紅外合光束的相位差為2 或O，該相位差可以通過對紅
外激光束進行延時處理得到，相位差為2或0時，兩束激光可以形成偏振態(tài)門。 優(yōu)選地，采集光電子信號得到加寬的連續(xù)譜包括 使用CCD光譜探測儀采集上述光電子信號，得到譜寬在水窗波段的連續(xù)譜。本實施例中的水窗波段指譜寬在從284eV到543eV之間。 參見圖2，為本實施例提供的加寬連續(xù)譜的原理示意圖，圖2給出了由圓偏振中紅外激光在x軸和y軸方向上的分量，中紅外激光的電場沿x軸和y軸分量是隨著時間的變化而變化的。由圖2中可以看到800nm的激光是沿著x軸方向偏振的；合激光場是指由圓偏振中紅外激光和800nm激光疊加而成的，是一個橢圓偏振光。合激光場的傳播方向為z軸，振幅比較短小的為一束相對強度較低的沿x軸方向偏振的波長為800nm的激光脈沖。
根據上述方法，提供了以下兩個應用實例進行說明
應用實例1 該實例中采用的稀有氣體為氦氣，中紅外激光合光束的強度為3X1014Wcm—2，波長為2000nm，脈沖的半高全寬(FWHM， Full Widthat Half Maximum)為20fs。另一束線偏振的紅外激光場強度為3X1013Wcm—2，波長為800nm，脈沖的半高全寬為25fs。將中紅外激光和紅外激光脈沖的合光束聚焦到氦氣上，產生光電子信號，用CCD探測儀采集光電子信號得到寬帶超連續(xù)譜。 參見圖3，其中實線描述的線條是通過求解含時間的薛定諤方程模擬本實施例中修正的"偏振態(tài)門"的方法得到的超連續(xù)譜，由圖3可知，其截止區(qū)拓展到了 455eV附近，超連續(xù)譜從100eV到455eV ;虛線描述的線條是用傳統(tǒng)的"偏振態(tài)門"方法得到的超連續(xù)譜，由圖3可知，傳統(tǒng)的"偏振態(tài)門"方法得到的超連續(xù)譜大致位于250eV到400eV范圍內，該超連續(xù)譜的強度比本實施例中得到的超連續(xù)譜的強度低2個數量級。
應用實例2 該實例中采用的稀有氣體為氦氣，中紅外合激光束強度為2.5X1014Wcm—2，波長為2000nm，脈沖的半高全寬為20fs。另一束線偏振的紅外激光場強度為3X 1013Wcm—2，波長為800nm，脈沖的半高全寬為25fs。將中紅外激光和紅外激光脈沖的合光束聚焦到氦氣上，產生光電子信號，采集光電子信號得到寬帶超連續(xù)譜。圖4中實線描繪的線條是由解含時間的薛定諤方程模擬本實施例中修正的"偏振態(tài)門"的方法得到的寬帶超連續(xù)譜，其截止區(qū)為400eV附近，譜寬從100eV到400eV ;虛線描繪的線條是使用傳統(tǒng)的"偏振態(tài)門"方法得到的
6連續(xù)譜，由圖4可知，傳統(tǒng)的"偏振態(tài)門"方法得到的連續(xù)譜僅在250eV到340eV的諧波譜是超連續(xù)的，而且所得到超連續(xù)譜的強度比本實施例中的方法得到的超連續(xù)譜的強度低1-2個數量級。 本實施例通過在中紅外合光束上疊加指定波長(例如，800nm)的線偏振的紅外激光束，有效的拓展了超連續(xù)譜的截止區(qū)，經過數值模擬，證明本實施例提供的加寬連續(xù)譜的方法是完全可行的，可以產生譜寬達到355eV的超連續(xù)譜，并且連續(xù)譜的效率也比較高，與傳統(tǒng)的"偏振態(tài)門"方法相比，譜寬提高了 3個數量級；本實施例得到的寬帶超連續(xù)譜可以用來產生窄脈寬、水窗波段的單個阿秒脈沖，能夠滿足實際應用的需要。
實施例2 本實施例提供了一種加寬連續(xù)譜的系統(tǒng)，參見圖5，為本實施例提供的加寬連續(xù)譜的系統(tǒng)的結構框圖，該系統(tǒng)包括 疊加裝置202，用于在中紅外合光束上疊加指定波長的線偏振的紅外激光束；
聚焦裝置204，用于將疊加裝置202疊加后的合光束聚焦在稀有氣體上，并經過單光子電離產生光電子信號； 采集裝置206，用于采集聚焦裝置204產生的光電子信號，得到加寬的連續(xù)譜。
優(yōu)選地，上述中紅外合光束是由兩束強度相同、波長為2000nm、旋轉方向不同的圓偏振中紅外激光合成的。 優(yōu)選地，線偏振的紅外激光束的指定波長為800nm。 參見圖6，為本實施例提供的疊加裝置202的結構框圖，疊加裝置202包括
脈寬調整模塊2021，用于將激光調整為指定脈寬的激光； 波長放大模塊2022，用于對脈寬調整模塊2021脈寬調整后的激光進行放大，得到預設波長的線偏振中紅外激光； 轉換模塊2023，用于將波長放大模塊2022得到的線偏振中紅外激光轉換為旋轉方向分別為左旋和右旋的圓偏振中紅外合光束； 疊加模塊2024，用于在轉換模塊2023轉換后的圓偏振中紅外合光束疊加一束指定波長的線偏振的紅外激光束，紅外激光束與圓偏振中紅外合光束的相位差為2 Ji或0。
例如脈寬調整模塊2021，用于將脈寬大于30f s、波長為800nm的激光調整為脈寬為20fs、波長為800nm的激光； 波長放大模塊2022，用于對脈寬調整模塊2021脈寬調整后的激光進行放大，得到脈寬為20fs、波長為2000nm的線偏振中紅外激光； 轉換模塊2023，用于將波長放大模塊2022放大后的線偏振中紅外激光轉換為旋轉方向分別為左旋和右旋的圓偏振中紅外合光束； 疊加模塊2024，用于在轉換模塊2023轉換后的圓偏振中紅外合光束疊加一束脈寬為25fs、波長為800nm的線偏振的紅外激光束，其中，紅外激光束與圓偏振中紅外合光束的相位相差2 Ji或0。 優(yōu)選地，本實施例中的采集裝置206為CCD光譜探測儀，得到加寬的連續(xù)譜的譜寬在水窗波段。 參見圖7，為本實施例提供的另一加寬連續(xù)譜的實驗原理示意圖，該圖中包括激光發(fā)生器302、光學壓縮系統(tǒng)304、修正的偏振態(tài)門光路器306、真空腔308和CCD光譜探測儀310 ; 激光發(fā)生器302，用于產生波長為800nm的激光；激光發(fā)生器302產生的激光被傳 送到光學壓縮系統(tǒng)304中； 光學壓縮系統(tǒng)304對激光進行調整，得到一束波長仍為800nm的紅外激光和一束 波長為2000nm的線偏振中紅外光，這兩束光組成的合光束傳輸到修正的偏振態(tài)門光路器
306 ; 參見圖8，為本實施例提供的光學壓縮系統(tǒng)304的結構框圖，光學壓縮系統(tǒng)304包 括充氣空心光纖3041 、啁啾鏡3042、光學參量放大系統(tǒng)3043和延時光路裝置3044 ;
脈寬大于30fs、波長為800nm的激光經充氣空心光纖3041輸入至啁啾鏡3042，啁 啾鏡3042將該激光調整為脈寬為20fs、波長為800nm的激光，并將調整后的激光傳輸至光 學參量放大系統(tǒng)3043 ; 光學參量放大系統(tǒng)3043對脈寬調整后的激光進行放大，得到脈寬為20fs、波長為 2000nm的線偏振中紅外激光； 延時光路裝置3044將一束脈寬為25fs、波長為800nm的線偏振的紅外激光束進行 延時調整，使紅外激光束與圓偏振中紅外合光束的相位相差2 Ji或0 ;延時調整后的激光與 上述線偏振中紅外激光組成合光束后傳輸至修正的偏振態(tài)門光路器306 ;
修正的偏振態(tài)門光路器306只對波長為2000nm的光起作用，可以使一束線偏振的 波長為2000nm的中紅外激光變成波長不變，分別左旋和右旋的兩束偏振光；分別左旋和右 旋的中紅外合光束與另一束線偏振、波長為800nm的激光形成合光束，該合光束被傳輸到 真空腔308中； 參見圖9，為本實施例提供的真空腔308的結構框圖，真空腔308包括透鏡3081、 稀有氣體噴嘴3082和平場光柵光譜儀3083 ; 經過修正的偏振態(tài)門光路器306的合激光束經過透鏡3081聚焦到真空腔308中 的稀有氣體噴嘴3082上產生高次諧波，經平場光柵光譜儀3083單光子電離后產生光電子 信號，最后用CCD光譜探測儀310可以探測到在水窗波段的超連續(xù)譜。
本實施例提供的系統(tǒng)通過疊加裝置202在中紅外合光束上疊加指定波長的線偏 振的紅外激光束，能夠有效地產生寬帶超連續(xù)譜，能有效的拓展超連續(xù)譜的截止區(qū)，直到水 窗波段；同時產生的超連續(xù)譜的效率與其他方法相比也較高。 從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實施例實現(xiàn)了如下技術效果 通過在中紅外合光束上疊加指定波長的線偏振的紅外激光束，能夠有效地產生寬
帶超連續(xù)譜，能有效的拓展超連續(xù)譜的截止區(qū)，直到水窗波段；同時產生的超連續(xù)譜的效率
與其他方法相比也較高。 顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發(fā)明的各模塊或各步驟可以用通用 的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成 的網絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而可以將它們存儲在 存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中 的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬 件和軟件結合。 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
一種加寬連續(xù)譜的方法，其特征在于，所述方法包括在中紅外合光束上疊加指定波長的線偏振的紅外激光束；將疊加后的合光束聚焦在稀有氣體上，經過單光子電離產生光電子信號；采集所述光電子信號得到加寬的連續(xù)譜。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述中紅外合光束是由兩束強度相同、波長為2000nm、旋轉方向不同的圓偏振中紅外激光合成的。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述指定波長為800nm。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在中紅外合光束上疊加指定波長的線偏振的紅外激光束包括將激光調整為指定脈寬的激光；對脈寬調整后的激光進行放大，得到預設波長的線偏振中紅外激光；將所述線偏振中紅外激光轉換為旋轉方向分別為左旋和右旋的圓偏振中紅外合光束；在所述圓偏振中紅外合光束疊加一束指定波長的線偏振的紅外激光束，所述紅外激光束與所述圓偏振中紅外合光束的相位差為2 Ji或0。
5. 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，在中紅外合光束上疊加指定波長的線偏振的紅外激光束包括將脈寬大于30fs、波長為800nm的激光調整為脈寬為20fs、波長為800nm的激光；對脈寬調整后的激光進行放大，得到脈寬為20fs、波長為2000nm的線偏振中紅外激光；將所述線偏振中紅外激光轉換為旋轉方向分別為左旋和右旋的圓偏振中紅外合光束；在所述圓偏振中紅外合光束疊加一束脈寬為25fs、波長為800nm的線偏振的紅外激光束，所述紅外激光束與所述圓偏振中紅外合光束的相位差為2 Ji或0 ;相應地，采集所述光電子信號得到加寬的連續(xù)譜包括使用CCD光譜探測儀采集所述光電子信號，得到譜寬在水窗波段的連續(xù)譜。
6. —種加寬連續(xù)譜的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括疊加裝置，用于在中紅外合光束上疊加指定波長的線偏振的紅外激光束；聚焦裝置，用于將所述疊加裝置疊加后的合光束聚焦在稀有氣體上，并經過單光子電離產生光電子信號；采集裝置，用于采集所述聚焦裝置產生的光電子信號，得到加寬的連續(xù)譜。
7. 根據權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述中紅外合光束是由兩束強度相同、波長為2000nm、旋轉方向不同的圓偏振中紅外激光合成的。
8. 根據權利要求6或7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述指定波長為800nm。
9. 根據權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述疊加裝置包括脈寬調整模塊，用于將激光調整為指定脈寬的激光；波長放大模塊，用于對所述脈寬調整模塊脈寬調整后的激光進行放大，得到預設波長的線偏振中紅外激光；轉換模塊，用于將所述波長放大模塊得到的線偏振中紅外激光轉換為旋轉方向分別為左旋和右旋的圓偏振中紅外合光束；疊加模塊，用于在所述轉換模塊轉換后的圓偏振中紅外合光束疊加一束指定波長的線偏振的紅外激光束，所述紅外激光束與所述圓偏振中紅外合光束的相位差為2 或0。
10.根據權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述疊加裝置包括脈寬調整模塊，用于將脈寬大于30fs、波長為800nm的激光調整為脈寬為20fs、波長為800nm的激光；波長放大模塊，用于對所述脈寬調整模塊脈寬調整后的激光進行放大，得到脈寬為20fs、波長為2000nm的線偏振中紅外激光；轉換模塊，用于將所述波長放大模塊得到的線偏振中紅外激光轉換為旋轉方向分別為左旋和右旋的圓偏振中紅外合光束；疊加模塊，用于在所述轉換模塊轉換后的圓偏振中紅外合光束疊加一束脈寬為25fs、波長為800nm的線偏振的紅外激光束，所述紅外激光束與所述圓偏振中紅外合光束的相位差為2 Ji或0 ;相應地，所述采集裝置為CCD光譜探測儀，用于采集所述光電子信號，得到加寬的連續(xù)譜的譜寬在水窗波段。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種加寬連續(xù)譜的方法和系統(tǒng)，屬于光學領域。所述方法包括在中紅外合光束上疊加指定波長的線偏振的紅外激光束，將疊加后的合光束聚焦在稀有氣體上，并經過單光子電離產生光電子信號，采集所述光電子信號得到加寬的連續(xù)譜。所述系統(tǒng)包括疊加裝置、聚焦裝置和采集裝置。本發(fā)明有效地提高了超連續(xù)譜的截止區(qū)，產生在水窗波段的超連續(xù)譜。
文檔編號G02B27/10GK101788717SQ201010110148
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權日2010年1月26日
發(fā)明者余本海, 張東玲, 湯清彬, 范春鳳, 陳東, 雷前濤 申請人:信陽師范學院