一種反射型光柵對脈寬展寬器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超快激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種反射型光柵對脈寬展寬器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著激光技術(shù)的發(fā)展，許多與激光相關(guān)的研宄與應(yīng)用進入了飛速發(fā)展階段。其中， 啁啾脈沖放大技術(shù)（chirped-pulseamplification，簡稱CPA)的研宄取得了驚人的成果， 其輸出的峰值功率高達太瓦量級〇'從&瓦，10 12瓦），并且向派瓦量級（?扣&瓦，1015瓦）的 推進已獲得突破。這是近年來激光技術(shù)領(lǐng)域最令人矚目的成就之一，在科學和技術(shù)的廣闊 領(lǐng)域已顯示出誘人的應(yīng)用前景。從激光誕生的第一天起，獲得更窄脈沖寬度、更高峰值功率 的激光脈沖一直是激光技術(shù)領(lǐng)域研宄人員的努力方向，超短脈沖的實現(xiàn)需要通過寬闊的激 光輻射光譜，并通過色散補償使其脈沖長度接近并達到傅里葉變換極限。啁啾脈沖放大技 術(shù)是迄今實現(xiàn)傅立葉變換極限高能量激光脈沖最成功的技術(shù)方案。
[0003] 啁啾脈沖放大技術(shù)的基本思想在于：為了有效地從固體激光放大介質(zhì)中獲取能 量，同時又避免非線性效應(yīng)（例如自聚焦）和對光學元件的閾值損傷。在脈沖被放大之前， 即將其在時域內(nèi)展寬，展寬的啁啾脈沖在放大之后，再被壓縮至其傅里葉變換極限，從而獲 得超快高能量的激光脈沖，其峰值功率可以比放大之前高6-7個數(shù)量級。其中超快脈沖的 展寬/壓縮技術(shù)是CPA取得成功的至關(guān)重要的因素。
[0004] 目前，常用的光學脈沖展寬方法有光纖法、分光鏡法、棱鏡法和光柵法。其中，光纖 法缺少靈活性，一旦做成，展寬倍數(shù)便無法改變；分光鏡法對偏振態(tài)有特殊要求的場合則不 宜采用；棱鏡法由于材料和結(jié)構(gòu)限制一般只能展寬到幾皮秒，而且需要巨大的空間；光柵 法利用光柵的分光作用產(chǎn)生的色散特性可將激光的脈沖展寬到幾十個皮秒甚至幾百皮秒， 對飛秒級的脈沖展寬是非常適宜的。因此，光柵法的應(yīng)用更為廣泛，其工作原理是利用光柵 產(chǎn)生的色散作用，造成不同頻率（或顏色）的光在空間中傳輸一定距離后，不同顏色的光經(jīng) 過了不同的距離。如，負色散時，激光脈沖所對應(yīng)的光譜中波長較長的部分（如紅光）將比 波長較短的部分（如藍光）經(jīng)過的距離要長；而正色散時，情況則相反，藍光將比紅光通過 更長的距離。色散的作用使得初始的短脈沖在其傳輸方向上拉長，從而實現(xiàn)其在時域持續(xù) 時間的展寬。
[0005] 傳統(tǒng)的光柵展寬器如專利CN201210357163所示，其一般具有固定的結(jié)構(gòu)，只適用 于特定的波長范圍，而且受限于結(jié)構(gòu)布局，對脈沖啁啾展寬調(diào)節(jié)范圍有限，即，無法從亞皮 秒至幾百個皮秒連續(xù)可調(diào)以滿足各個領(lǐng)域?qū)︼w秒激光脈沖的使用要求，因此具有較大的局 限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有激光脈沖展寬技術(shù)中存在的局限和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種工 作波長范圍廣、展寬倍數(shù)可調(diào)、展寬倍數(shù)大的反射型光柵對脈沖展寬器。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種反射型光柵對脈寬展寬器，包括：
[0009] 一激光脈沖導入單元；
[0010] -激光脈沖導出單元；
[0011] 一光柵對脈沖展寬單元，其包括旋轉(zhuǎn)平臺、設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)平臺上的二維平移臺 和第一光柵、設(shè)置在所述二維平移臺上并與所述第一光柵平行的第二光柵、以及設(shè)置在所 述旋轉(zhuǎn)平臺的遠離所述激光脈沖導入單元一側(cè)的后向反射鏡，以使入射的激光脈沖經(jīng)所述 激光脈沖導入單元入射至所述第一光柵后，經(jīng)所述第一光柵衍射至所述第二光柵，經(jīng)所述 第二光柵衍射至所述后向反射鏡，經(jīng)所述后向反射鏡改變高度后反射回所述第二光柵，再 經(jīng)所述第二光柵衍射至所述第一光柵后，經(jīng)所述第一光柵衍射至所述激光脈沖導出單元； 以及
[0012] 一連接至所述旋轉(zhuǎn)平臺和所述二維平移臺的控制單元，其控制所述旋轉(zhuǎn)平臺的旋 轉(zhuǎn)運動以及所述二維平移臺在所述旋轉(zhuǎn)平臺上的平移運動。
[0013] 優(yōu)選地，所述激光脈沖導入單元包括用于調(diào)節(jié)所述激光脈沖的能量的二分之一波 片以及用于選擇所述激光脈沖偏振方向的線偏振片，其中，所述二分之一波片和所述線偏 振片沿所述激光脈沖的入射方向依次設(shè)置。
[0014] 優(yōu)選地，所述第一光柵和第二光柵的刻線方向與所述激光脈沖的偏振方向垂直。
[0015] 進一步地，所述激光脈沖沿水平方向偏振。
[0016] 進一步地，所述后向反射鏡包括上下相互垂直連接的第一鏡片和第二鏡片，且位 于所述下方的所述第二鏡片與所述旋轉(zhuǎn)平臺成45°角。
[0017] 優(yōu)選地，所述第一光柵和所述第二光柵均為反射型閃耀式刻線光柵。
[0018] 優(yōu)選地，所述激光脈沖導出單元為輸出反射鏡。
[0019] 綜上所述，本發(fā)明通過使入射的激光脈沖往復通過光柵對，能夠在時域上得到展 寬，并且使激光脈沖經(jīng)過展寬器后其橫向截面最大限度地恢復，成平行準直光束；同時，本 發(fā)明還采用了二維平移臺以改變第一光柵與第二光柵在旋轉(zhuǎn)平臺上的相對位置，并且采用 了控制單元來精確控制二維平移臺的平移運動，從而實現(xiàn)了連續(xù)改變展寬倍數(shù)的目的，免 去了一些煩瑣的光路調(diào)節(jié)過程；此外，本發(fā)明還設(shè)置了旋轉(zhuǎn)平臺以改變整個光柵對脈沖展 寬單元相對于入射激光脈沖的角度，并且同樣采用了控制單元來精確控制旋轉(zhuǎn)平臺的旋轉(zhuǎn) 角度，從而可以改變展寬器的工作波長范圍。
[0020] 本發(fā)明的反射型光柵對展寬器由于工作波長范圍廣，展寬倍數(shù)可調(diào)，展寬倍數(shù)大， 能較好地展寬飛秒激光脈沖，并且能有效地克服飛秒激光放大器中常見的激光脈沖光譜增 益窄化效應(yīng)及自相位調(diào)制效應(yīng)，從而滿足了各個領(lǐng)域研宄人員及應(yīng)用開發(fā)對于飛秒激光脈 沖的不同需求。
[0021] 可見，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0022] 1、本發(fā)明可以在不改變展寬器結(jié)構(gòu)的情況下連續(xù)可調(diào)地改變脈寬展寬效果，并且 展寬效果可從亞皮秒展寬到幾百皮秒；
[0023] 2、本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)平臺改變光柵對脈沖展寬單元相對于入射激光脈沖的角度，從 而可使其工作在不同的波長，其波長適用范圍為400-1800nm;
[0024] 3、本發(fā)明可以通過控制單元精確控制展寬倍數(shù)和工作波長，從而實現(xiàn)理想的展寬 效果。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明的反射型光柵對脈寬展寬器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2是反射型閃耀式刻線光柵的示意圖；
[0027] 圖3A是本發(fā)明光柵對脈沖展寬單元的順時針旋轉(zhuǎn)操作示意圖；
[0028] 圖3B是本發(fā)明光柵對脈沖展寬單元的逆時針旋轉(zhuǎn)操作示意圖；
[0029]圖4是光柵對脈沖展寬單元旋轉(zhuǎn)角度與對應(yīng)工作波長關(guān)系曲線。
[0030] 其中：1二分之一波片、2線偏振片、3第一光柵、4第二光柵、5二維平移臺、6后向 反射鏡、7旋轉(zhuǎn)平臺、8輸出反射鏡、9控制單元。
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖1-4,給出本發(fā)明的典型實施例，并予以詳細描述。
[0032] 如圖1所示，本發(fā)明的反射型光柵對脈寬展寬器包括：激光脈沖導入單元、激光脈 沖導出單元、光柵對脈沖展寬單元以及控制單元。下面分別對各個單元進行介紹：
[0033] 激光脈沖導入單元包括入射的飛秒激光脈沖10,以及沿入射方向依次設(shè)置的二分 之一波片1和線偏振片2,其中，二分之一波片1用于調(diào)節(jié)入射激光脈沖10的能量，線偏振 片2用于調(diào)節(jié)入射激光脈沖10的偏振方向。
[0034] 激光脈沖導出單元在此示為輸出反射鏡8。
[0035] 光柵對脈沖展寬單元包括旋轉(zhuǎn)平臺7、設(shè)置在旋轉(zhuǎn)平臺7 -側(cè)的后向反射鏡6、設(shè) 置在旋轉(zhuǎn)平臺7上的二維平移臺5、以及作為核心組件的平行刻線光柵對（即第一光柵3和 第二光柵4)。其中，第一光柵3直接固定在旋轉(zhuǎn)平臺7上，第二光柵4安裝在二維平移臺5 上。當入射的激光脈沖依次經(jīng)過二分之一波片1和線偏振片2變成水平線偏振光后，入射 到第一光柵3上，由于不同波長的激光脈沖的衍射角不同，從而導致不同波長的光打在第 二光柵4的不同位置上。當不同波長的激光脈沖經(jīng)過第二光柵4再次衍射后，重新變成擴 展型平行光束入射到后向反射鏡6上，此處的后向反射鏡6包括上下相互垂直連接的第一 鏡片和第二鏡片，且位于下方的第二鏡片與旋轉(zhuǎn)平臺7的上表面成45°角。此時，入射至后 向反射鏡6上的激光脈沖經(jīng)過兩次衍射后沿與激光光束傳播方向垂直的方向延伸，即在激 光光束傳播的橫截面上變成了一條橫條紋。該橫條紋的長度完全取決于激光光譜的帶寬， 頻譜越寬，條紋越長。橫條紋經(jīng)后向反射鏡6沿與激光光束傳輸方向平行的反方向傳播，只 是光束相對于旋轉(zhuǎn)平臺7表面的高度有一定程度的改變。自后向反射鏡6反射回的激光光 束依次返回經(jīng)過第二光柵4和第一光柵3后恢復為平行準直光束，然后沿平行于入射激光 脈沖的相反方向傳播，最后經(jīng)輸出反射鏡8改變其方向引出，S卩為出射激光脈沖20。入射激 光脈沖四次通過光柵后在時域上得到展寬，而激光光束經(jīng)過展寬器后其橫向空間分布上得 到最大程度的恢復，成為準直光。
[0036] 控制單元9連接至旋轉(zhuǎn)平臺7和二維平移臺5,以用于控制旋轉(zhuǎn)平臺繞其旋轉(zhuǎn)軸 ai旋轉(zhuǎn)以及控制二維平移臺5在旋轉(zhuǎn)平臺7上平移。
[0037] 從圖1中可以清楚地看出，激光脈沖的展寬量主要取決于第一光柵3和第二光柵 4在水平面內(nèi)沿Y軸方向的垂直距離以及入射角和衍射角的大小。光柵對3、4之間的垂直 距離越