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基于棱镜对的超短脉冲倍频系统的光学设计
概述
超短脉冲技术已经广泛应用于多个领域，例如生物医学、化学科学及物理学等。在超短脉冲技术的许多应用中，倍频技术被广泛使用，以采集更高分辨率的光谱信息。这篇文章将介绍基于棱镜对的超短脉冲倍频系统的光学设计。该系统将首先生成一个超短脉冲激光，然后使用棱镜对进行倍频，以生成高能量和高频率的光脉冲。
系统设计
超短脉冲激光系统设计：
首先，我们需要一个产生超短脉冲激光的激光系统。激光系统的最初阶段通常是一个连续波激光器，例如Nd:YAG，Nd:YVO4或Nd:glass激光器。这些激光器在低功率下可以产生准连续波激光输出。这个连续波激光经过一个强度/时间谐波（锥）模式锁定器，例如半导体饱和吸收镜（SESAM），可以产生超短脉冲激光。由于连续波激光器产生的输出是不稳定的，强度谐波模式锁定器可以生成带有约几千次相干性的超短脉冲。这些超短脉冲激光的持续时间在几十飞秒到几百飞秒之间。
倍频光学系统设计：
一旦产生了超短脉冲激光，下一步是将其倍频。首先，这种倍频系统需要一个功率分束器，例如非极性激光分束器，以减少输出功率，使棱镜对不会受到过度激光的影响。使用适当的耦合光栅衍射器或其他技术，可以使用功率分束器将激光束分裂成两个相等的激光束。
然后将这个激光束传递到光学棱镜对，其中一个棱镜是透过的，而另一个棱镜是反射的。如果调整完整系统的几何角度，可以制造出脉冲的二次调制。次谐波辐射的中心频率将是两个光束频率之差的两倍，也就是ω2=2ω1。例如，如果起始激光脉冲在1064纳米处，则其次谐波的中心频率为532纳米。
棱镜对光学布局：
棱镜对甚至可以使用非线性晶体。然而，棱镜对的典型配置使用两个玻璃棱镜。棱镜的角度定为使激光通过棱镜时会发生一定的散射。然后再次对齐光束以使其恰好通过棱镜上的每一条棱边。最后确定光学元件的几何位置，以使激光脉冲的驻留时产生谐波。
No-Ghost条件，或者称为相干条件在次谐波发生的过程中非常重要。应该注意的是，当激光脉冲穿过方向相反的相同材料棱镜对时，将发生相反的次谐波偏转，这意味着周围环境杂波不会单独产生负干涉效应，并成为集成干涉的一部分。这些条件使次谐波分光计的分辨率提高数倍，并提供比早期设计快四倍的扫描速度，同时还实现了一个安全、高效、自动化的系统。
结论
倍频技术被广泛应用于多个领域，例如生物医学、化学、物理学以及半导体材料学等。通过使用基于棱镜对的超短脉冲倍频系统进行倍频，可以生成高能量、高频率的激光脉冲。在超短脉冲技术的许多应用中，倍频技术被广泛使用，以采集更高分辨率的光谱信息。此外，在此方面进行更多研究，开发了新型倍频技术，有望在生物医学、化学和物理学等许多领域中使用。