專利名稱：激光時(shí)間脈沖整形器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光時(shí)間脈沖整形器，主要適用于高功率激光裝置中激光脈沖的整形。
背景技術(shù)：
對大型高功率激光系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)而言，前端系統(tǒng)的激光時(shí)間脈沖整形不僅能夠?qū)Ψ磻?yīng)物質(zhì)的預(yù)熱、減小實(shí)驗(yàn)過程中的瑞利-泰勒(Rayleigh-Taylor)不穩(wěn)定性、提高對激光驅(qū)動(dòng)能量的利用效率，而且對于有效地減少實(shí)驗(yàn)過程中的受激布里淵散射效應(yīng)(SBS)，防止激光系統(tǒng)中器件的損傷和激光波形的畸變都是不可缺少的部分。
隨著高功率激光技術(shù)的發(fā)展，對終端脈沖的空間填充因子要求越來越高，直接導(dǎo)致對前端時(shí)間脈沖整形技術(shù)的要求也越來越高。激光脈沖整形系統(tǒng)也經(jīng)歷了一個(gè)從無到有、從簡單到復(fù)雜的過程。
在先技術(shù)[1](參見Y.H.Chuang，T.J.Kessler and S.Skupsky，Laser-beampulse shaping using dispersive filtering，SPIE，1993，187034-46)美國利弗摩爾實(shí)驗(yàn)室(LLNL)提供的諾瓦(NOVA)激光裝置上，采用光電導(dǎo)產(chǎn)生的電脈沖對光脈沖削波實(shí)現(xiàn)光脈沖整形。雖然它初步具備了整形能力，但穩(wěn)定性差、造價(jià)高、整形能力有限。
在先技術(shù)[2](參見C.E.Thomas and L.D.Siebert，Pulse shape-generator forlaser fusion，Appl.Opt.，1976，15(2)462-465)美國羅徹斯特大學(xué)激光力能實(shí)驗(yàn)室(LLE)提供的歐米笳(OMEGA)激光裝置上，利用冷陰極管取代球隙放電產(chǎn)生整形光脈沖。雖然電抖動(dòng)較小，但穩(wěn)定性仍不能滿足要求。
在先技術(shù)[3]日本大阪大學(xué)激光工程研究所(ILE)提供的金剛(GEKKO-4)裝置上，利用脈沖堆砌，通過改變標(biāo)準(zhǔn)具的厚度和聲光調(diào)制器的調(diào)制度來輸出籬柱形光脈沖。雖然系統(tǒng)簡單可靠，但是脈沖整形的靈活性不夠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服在先技術(shù)中的不足，提供一種對于高功率激光系統(tǒng)前端激光裝置中的激光時(shí)間脈沖的整形器，不僅整形可靠穩(wěn)定，而且使用方便、耐用。
本發(fā)明的激光時(shí)間脈沖整形器，包括將由激光振蕩器1發(fā)射的激光束Gin分成兩束光Gz、Gc的分束鏡2，由分束鏡2透射的一束光Gz的光路上，依次經(jīng)過第一反射鏡4、空間濾波器5和第二反射鏡6后，再依次經(jīng)過全部都是同光軸置放的置于第一透鏡8物點(diǎn)O上的的第一光闌7、第一透鏡8、置于第一透鏡8與第二透鏡10共焦點(diǎn)O1上的第二光闌9、第二透鏡10、置于第二透鏡10與第三透鏡12共焦點(diǎn)O2上的第一電光偏轉(zhuǎn)器11、第三透鏡12、置于第三透鏡12與第四透鏡14共焦點(diǎn)O3上的刀口器13、第四透鏡14、置于第四透鏡14與第五透鏡16共焦點(diǎn)O4上的第二電光偏轉(zhuǎn)器15、第五透鏡16、置于第五透鏡16與第六透鏡18共焦點(diǎn)O5上的第三光闌17、第六透鏡18、置于第六透鏡18與第七透鏡20共焦點(diǎn)O6上的第四光闌19、第七透鏡20至輸出激光束Gout；由分束鏡2反射的一束光Gc入射到冷陰極管3上，冷陰極管3的輸出分別與第一電光偏轉(zhuǎn)器11和第二電光偏轉(zhuǎn)器15相連。整個(gè)系統(tǒng)如圖1所示。
所說的置于第三透鏡12與第四透鏡14之間的共焦點(diǎn)O3上的刀口器13，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。含有刀口支架1304，固定于刀口支架1304上有構(gòu)成狹縫光闌1306的第一直刀口1303和第二直刀口1305。第一、第二兩個(gè)直刀口1303、1304的相對位置可以調(diào)節(jié)。也就是說，構(gòu)成的狹縫光闌13的大小能夠調(diào)節(jié)。在刀口支架1304上還固定有頂角從上述狹縫光闌1306橫向插入的頂點(diǎn)O＇能夠重合的頂角相等的兩者相互重疊置放的第一旋轉(zhuǎn)刀口1301和第二旋轉(zhuǎn)刀口(1302)。兩旋轉(zhuǎn)刀口1301和1302延伸位置能夠分別調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如上所述，是含有刀口器13的激光時(shí)間脈沖整形器，其光路如圖1所示，由激光振蕩器1輸出的激光Gin經(jīng)過分束鏡2后，分成兩束。透過的一束Gz作為主激光進(jìn)入光路。反射的一束Gc作為冷陰極管3的觸發(fā)光。冷陰極管3被觸發(fā)后，產(chǎn)生的電脈沖通過電纜線，分別傳輸?shù)降谝?、第二兩個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器11和15上用以驅(qū)動(dòng)這兩個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器?？紤]到為了使光路系統(tǒng)占地小，我們使用了一對反射鏡4和6對光路進(jìn)行了折疊。同時(shí)，為了滿足激光振蕩器1輸出光束質(zhì)量高的要求，在第一和第二反射鏡4、6之間加入了空間濾波器5對光束進(jìn)行了空間濾波；而且在后續(xù)光路中，第一、第二、第三、第四光闌7、9、17、19以及第一、第二透鏡8、18都是一次次地濾波，起到了改善光束質(zhì)量的作用。在本發(fā)明的脈沖整形器的光路中，關(guān)鍵性的光學(xué)元件是自第二透鏡10至第五透鏡16構(gòu)成的4f系統(tǒng)。在4f系統(tǒng)中，第一、第二兩個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器11、15性能相同，第二、第三、第四、第五透鏡10、12、14和16的焦距相等。兩個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器、四個(gè)透鏡組成的透鏡組和刀口器13構(gòu)成了這個(gè)4f系統(tǒng)。刀口器13所在的平面是第三、第四透鏡12和14的共焦面。在共焦面上放置本發(fā)明的刀口器13作為可調(diào)濾波光闌。第一電光偏轉(zhuǎn)器11將入射光脈沖在時(shí)域上掃描(掃描方向與光傳播方向正交)，不同時(shí)刻的光被偏轉(zhuǎn)到刀口器13的不同位置而形成一條掃描線，從而把隨時(shí)間變化的光強(qiáng)分布變成隨空間變化的光強(qiáng)分布。經(jīng)過作為可調(diào)濾波光闌——刀口器13的，是特殊設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。通過調(diào)節(jié)刀口通光的形狀和大小可以使上述掃描線的不同位置處透過不同強(qiáng)度的激光。第五透鏡16完成光脈沖像傳遞。由于第一、第二兩個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器11、15性能相同、偏轉(zhuǎn)方向相反，加在兩個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器上的電脈沖由電纜線分束，幅值相等且與光脈沖同步，結(jié)果第二電光偏轉(zhuǎn)器15將第一電光偏轉(zhuǎn)器11的偏轉(zhuǎn)光復(fù)原到原光軸上傳播。入射光脈沖經(jīng)過這個(gè)系統(tǒng)后，被徹底地改形，形成新的出射激光脈沖。該光脈沖的形狀由作為濾波光闌的刀口器13的通光形狀和大小決定，它的時(shí)間寬度取決于電光偏轉(zhuǎn)器11、15的掃描速度和刀口器13的形狀。上述過程實(shí)現(xiàn)了脈沖整形。當(dāng)調(diào)整兩個(gè)直刀口1303和1305時(shí)，狹縫光闌1306變化，則輸出激光脈沖的脈寬發(fā)生變化。通過調(diào)整這兩個(gè)直刀口之間的距離，可以看出激光脈沖的脈寬隨兩個(gè)直刀口之間距離的變化而改變。當(dāng)調(diào)整第一旋轉(zhuǎn)刀口1301和第二旋轉(zhuǎn)刀口1302時(shí)，輸出激光脈沖的形狀則改變，由原來的高斯型光脈沖變化為非高斯型的光脈沖。因此，調(diào)整兩個(gè)旋轉(zhuǎn)刀口1301和1302的相對延伸位置，可以獲得不同形狀的非高斯型光脈沖。從以上調(diào)整過程可以看出，通過調(diào)整刀口器13，輸出激光的脈沖寬度和脈沖形狀都可以進(jìn)行調(diào)整。從整形器光路圖1可以看出，本發(fā)明的整形器主要含有的元件是兩個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器、供冷陰極管3的高壓同步脈沖電源和作為濾波光闌的刀口器13。整個(gè)整形器的關(guān)鍵部件就是作為可調(diào)濾波光闌的刀口器13。
從上述過程可以看出，本發(fā)明——含有刀口器13的激光脈沖整形器的基本過程是利用第一電光偏轉(zhuǎn)器11將入射激光脈沖隨時(shí)間變化的光強(qiáng)分布掃描成隨空間分布，在上述位置上用本發(fā)明的刀口器13作為可調(diào)濾波光闌取出部分光強(qiáng)按刀口器13所特定的形狀分布的光，然后用另一個(gè)性能完全相同的第二電光偏轉(zhuǎn)器15將它還原成光強(qiáng)隨時(shí)間按特定形狀分布(反向掃描)的整形光脈沖后輸出。
本發(fā)明的整形器與在先技術(shù)相比，由于本發(fā)明的整形器含有刀口器13，作為可調(diào)濾波光闌，得到光強(qiáng)按刀口器13的特定形狀分布的光脈沖。加上第一、第二兩個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器11、15的配合，最終從整形器輸出的是光強(qiáng)隨時(shí)間按特定形狀分布的整形后的光脈沖。與在先技術(shù)相比，本發(fā)明輸出的光脈沖穩(wěn)定、可靠，整形器操作方便、耐用、造價(jià)低廉。


圖1為本發(fā)明的激光時(shí)間脈沖整形器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明整形器中的刀口器13的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為具體實(shí)施方式
中，通過刀口器13獲得的整形激光脈沖曲線圖。
圖4為本發(fā)明的整形器應(yīng)用于高功率激光裝置中所獲得的激光脈沖曲線圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示結(jié)構(gòu)。
激光振蕩器1發(fā)射的激光脈沖Gin的波長為1.053μm，激光能量為1mJ。
加于冷陰極管3上的高壓同步脈沖電源的電壓為4KV。刀口器13上第一旋轉(zhuǎn)刀口1301的頂角為60°，第二旋轉(zhuǎn)刀口1302的頂角也為60°。
當(dāng)置于整形器中起相傳遞作用的第七透鏡20物面上的應(yīng)用裝置，需要1ns的方波脈沖時(shí)，調(diào)整刀口器13的各刀口的位置，狹縫光闌1306的寬度為1cm。緩慢調(diào)節(jié)第一、第二旋轉(zhuǎn)刀口1301、1302，獲得光脈沖整形的曲線如圖3所示。
將上述獲得的光脈沖在應(yīng)用裝置中經(jīng)過增益和系統(tǒng)放大后，到最終應(yīng)用物質(zhì)上獲得終端整形的光脈沖曲線如圖4所示。從圖4中不難看出，經(jīng)整形后終端激光脈沖的脈寬為1.16ns，上升前沿為337ps，下降沿為360ps，時(shí)間填充因子為81.2％的方波脈沖。這些數(shù)據(jù)完全滿足了應(yīng)用裝置的要求，而且比在先技術(shù)中所提供的那些激光裝置輸出的光脈沖更穩(wěn)定、可靠。
權(quán)利要求
1.一種激光時(shí)間脈沖整形器，包括將由激光振蕩器(1)發(fā)射的激光束(Gin)分成兩束光(Gz、Gc)的分束鏡(2)，由分束鏡(2)透射的一束光(Gz)的光路上依次經(jīng)過第一反射鏡(4)、空間濾波器(5)和第二反射鏡(6)后，再依次經(jīng)過置于第一透鏡(8)物點(diǎn)(O)上的全部同光軸置放的第一光闌(7)、第一透鏡(8)、置于第一透鏡(8)與第二透鏡(10)共焦點(diǎn)(O1)上的第二光闌(9)、第二透鏡(10)、置于第二透鏡(10)與第三透鏡(12)共焦點(diǎn)(O2)上的第一電光偏轉(zhuǎn)器(11)、第三透鏡(12)、第四透鏡(14)、置于第四透鏡(14)與第五透鏡(16)共焦點(diǎn)(O4)上的第二電光偏轉(zhuǎn)器(15)、第五透鏡(16)、置于第五透鏡(16)與第六透鏡(18)共焦點(diǎn)(O5)上的第三光闌(17)、第六透鏡(18)、置于第六透鏡(18)與第七透鏡(20)共焦點(diǎn)(O6)上的第四光闌(19)、第七透鏡(20)至輸出激光束(Gout)；由分束鏡(2)反射的一束光(Gc)入射到冷陰極管(3)上，冷陰極管(3)的輸出分別與第一電光偏轉(zhuǎn)器(11)和第二電光偏轉(zhuǎn)器(15)相連；其特征在于在分束鏡(2)透射光束的光路上，在第三透鏡(12)與第四透鏡(14)之間的共焦點(diǎn)(O3)上置有刀口器(13)，刀口器(13)含有刀口支架(1304)，固定于刀口支架(1304)上有構(gòu)成能夠調(diào)節(jié)的狹縫光闌(1306)的第一直刀口(1303)和第二直刀口(1305)，在刀口支架(1304)上還固定有頂角從上述狹縫光闌(1306)橫向插入的頂點(diǎn)(O＇)能夠重合的頂角相等的伸延位置能夠分別調(diào)節(jié)的重疊放置的第一旋轉(zhuǎn)刀口(1301)和第二旋轉(zhuǎn)刀口(1302)。
全文摘要
一種激光時(shí)間脈沖整形器,主要適用于高功率激光裝置中激光脈沖的整形。主要含有由兩個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器、四個(gè)透鏡組成的透鏡組和刀口器構(gòu)成的4f系統(tǒng)。刀口器含有兩個(gè)直刀口構(gòu)成狹縫光闌。含有兩個(gè)重疊置放的旋轉(zhuǎn)刀口。利用第一個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器將入射激光脈沖隨時(shí)間變化的光強(qiáng)分布掃描成隨空間分布,再經(jīng)過刀口器作為可調(diào)濾波元件取出部分光強(qiáng)按刀口器特定形狀分布的光脈沖,然后用第二個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器將此光脈沖還原成光強(qiáng)隨時(shí)間按特定形狀分布的整形后的光脈沖輸出。本發(fā)明的整形器應(yīng)用于高功率激光裝置中,整形后的光脈沖比在先技術(shù)輸出的整形后光脈沖更穩(wěn)定可靠,操作方便、耐用。
文檔編號(hào)G02B27/09GK1385733SQ02112078
公開日2002年12月18日 申請日期2002年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月14日
發(fā)明者沈磊, 陳紹和, 葛夏平, 許世忠, 馬忠林 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所