專利名稱：平行光柵對(duì)的調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛秒脈沖壓縮，是一種平行光柵對(duì)的調(diào)節(jié)方法。本發(fā)明利用直角棱鏡調(diào)節(jié)光柵對(duì)平行，具有操作簡(jiǎn)單，精度高，不受光柵對(duì)錯(cuò)開(kāi)距離限制的優(yōu)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)啁啾脈沖放大技術(shù)的發(fā)展為人類成功地提供了脈沖寬度在飛秒量級(jí)(10-15s)、峰值功率達(dá)太瓦(1012W)甚至拍瓦(1015W)量級(jí)的超強(qiáng)激光脈沖，其聚焦后的超高強(qiáng)度(1018W/cm2)在諸如電子加速等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。啁啾脈沖放大技術(shù)的基本思想是在放大前通過(guò)展寬器引入正色散，使脈沖的不同頻率成分以不同的速度傳輸，從而在時(shí)域?qū)w秒量級(jí)的超短脈沖展寬成數(shù)百皮秒(10-12s)甚至納秒(10-9s)量級(jí)的啁啾脈沖，經(jīng)逐級(jí)放大后再用壓縮器補(bǔ)償展寬和放大過(guò)程中的正色散，從而獲得超高功率，超短脈沖的輸出。
光柵對(duì)最適合提供負(fù)色散，所以在啁啾脈沖放大系統(tǒng)中一般使用光柵對(duì)進(jìn)行脈沖壓縮。平行光柵對(duì)壓縮器是由E.B.Treacy于1969年提出的[E.B.Treacy，IEEE J.Quantum Electron.QE-5，454(1969)]。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由兩個(gè)平行設(shè)置的第一光柵1、第一光柵2及一個(gè)反射鏡3組成。種子脈沖入射至第一光柵1，經(jīng)其衍射后至第二光柵2，在與入射光平行的方向出射，至反射鏡3反射后沿原路返回。
在先技術(shù)中，人們借助一臺(tái)準(zhǔn)直光源4和一塊平板玻璃6來(lái)調(diào)節(jié)光柵對(duì)的平行。第一步，如圖2所示，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源4，使準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光經(jīng)第一光柵1反射之后返回小孔光闌5，即調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光與第一光柵1垂直；第二步，如圖3所示，在準(zhǔn)直光源4和第一光柵1之間插入平板玻璃6，調(diào)節(jié)平板玻璃6使準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光經(jīng)平板玻璃6反射之后返回小孔光闌5，即調(diào)節(jié)平板玻璃6與準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光垂直；第三步，如圖4所示，將準(zhǔn)直光源4和小孔光闌5移到平板玻璃6和第一光柵1之間，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源4，使得準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光經(jīng)平板玻璃6反射之后返回小孔光闌5，即調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光與平板玻璃6垂直；第四步，如圖5所示，首先根據(jù)理論計(jì)算粗略估計(jì)第二光柵2的擺放位置，然后平移平板玻璃6，使得平板玻璃6的位置與原位置相比更靠近第二光柵2，調(diào)節(jié)平板玻璃6，使得準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光經(jīng)平板玻璃6反射之后返回小孔5，即調(diào)節(jié)平板玻璃6與準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光垂直；第五步，如圖6所示，平移準(zhǔn)直光源4和小孔光闌5，使得準(zhǔn)直光源4的位置與原位置相比更靠近第二光柵2，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源4，使準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光經(jīng)平板玻璃6反射之后返回小孔光闌5，即調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光與平板玻璃6垂直；第六步，如圖7所示，卸下平板玻璃6，安裝上第二光柵2，調(diào)節(jié)第二光柵2使準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光經(jīng)第二光柵2反射之后返回小孔5，即調(diào)節(jié)第二光柵2與準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光垂直。至此，我們認(rèn)為第一光柵1與第二光柵2平行。值得說(shuō)明的是，本方法對(duì)平板玻璃6兩個(gè)表面的平行度有嚴(yán)格要求，需要兩個(gè)表面嚴(yán)格平行。
這個(gè)方法的缺點(diǎn)是只適用于兩個(gè)光柵沒(méi)有在空間上錯(cuò)開(kāi)或者錯(cuò)開(kāi)距離較小的情況。當(dāng)兩個(gè)光柵錯(cuò)開(kāi)距離較大的時(shí)候，必須重復(fù)步驟四和步驟五多次。這樣由于誤差積累，將使得光柵對(duì)的平行度受到很大影響，嚴(yán)重影響壓縮脈沖的寬度并引入空間啁啾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述在先技術(shù)的局限性，提供一種平行光柵對(duì)的調(diào)節(jié)方法。該方法體操作簡(jiǎn)單，精度高，不受光柵對(duì)錯(cuò)開(kāi)距離的限制。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種平行光柵對(duì)的調(diào)節(jié)方法，該方法需要使用的器件包括一臺(tái)準(zhǔn)直光源、一小孔光闌、一直角棱鏡、一高度標(biāo)記及其安裝的調(diào)整平臺(tái)，待調(diào)整的第一光柵和第二光柵，將所述的小孔光闌直接水平地固定在準(zhǔn)直光源的出口處，所述的高度標(biāo)記的高度即所述的準(zhǔn)直光源經(jīng)小孔光闌小孔的出射光的高度，該方法包括如下步驟①按設(shè)計(jì)粗裝待調(diào)整的第一光柵和第二光柵，以第一光柵為準(zhǔn)，設(shè)定并調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源，使準(zhǔn)直光源經(jīng)小孔光闌的小孔發(fā)出的光照射并經(jīng)第一光柵反射之后返回小孔光闌的小孔，即調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源發(fā)出的光與第一光柵垂直；②在準(zhǔn)直光源和第一光柵之間插入所述的直角棱鏡，調(diào)節(jié)該直角棱鏡，使準(zhǔn)直光源發(fā)出的光經(jīng)該直角棱鏡的第一直角面反射之后返回小孔光闌的小孔，即調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源發(fā)出的光與直角棱鏡的第一直角面垂直，同時(shí)在該直角棱鏡的第二直角面的出射光方向設(shè)置所述的高度標(biāo)記，水平微調(diào)該直角棱鏡，使由該直角棱鏡第二直角面的出射光束的高度與高度標(biāo)記所規(guī)定的高度嚴(yán)格一致；③將所述的準(zhǔn)直光源移動(dòng)并直接照射所述的直角棱鏡的第二直角面，調(diào)節(jié)該準(zhǔn)直光源，使準(zhǔn)直光源的光經(jīng)直角棱鏡的第二直角面反射后返回小孔光闌的小孔，即調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源的出射光方向與第一光柵平行；④將直角棱鏡向準(zhǔn)直光源方向平移，使由直角棱鏡的第一直角面的出射光能照射到第二光柵，并始終保障準(zhǔn)直光源發(fā)出的光經(jīng)該直角棱鏡的第二直角面反射之后返回小孔光闌的小孔；⑤調(diào)節(jié)第二光柵，使準(zhǔn)直光源發(fā)出的光由直角棱鏡照射第二光柵，并由第二光柵反射后經(jīng)所述的直角棱鏡再返回小孔光闌的小孔，至此，第一光柵與第二光柵平行。
所述的水平標(biāo)記可為直尺、或可調(diào)高度的基準(zhǔn)小孔或狹縫。
與先技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著特點(diǎn)(1)本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，精度高。
(2)本發(fā)明通過(guò)使用直角棱鏡，可以在光柵對(duì)任意錯(cuò)開(kāi)距離的條件下獲得同樣的調(diào)節(jié)精度。
(3)本發(fā)明所使用的器件都是實(shí)驗(yàn)室的常用器件，容易獲得，無(wú)需特意制備。


圖1光柵對(duì)壓縮器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)2～圖7為現(xiàn)有的典型平行光柵對(duì)調(diào)節(jié)方法示意圖。
圖8～圖12為本發(fā)明平行光柵對(duì)的調(diào)節(jié)方法示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
先請(qǐng)參閱圖8～圖12，圖8～圖12為本發(fā)明平行光柵對(duì)的調(diào)節(jié)方法的示意圖。由圖可見(jiàn)，本發(fā)明平行光柵對(duì)的調(diào)節(jié)方法，特征在于該方法需要使用的器件包括一臺(tái)準(zhǔn)直光源4、一小孔光闌5、一直角棱鏡7、一高度標(biāo)記8及其安裝的調(diào)整平臺(tái)，待調(diào)整的第一光柵1和第二光柵2，將所述的小孔光闌5直接水平地固定在準(zhǔn)直光源4的出口處，所述的高度標(biāo)記8的高度即所述的準(zhǔn)直光源4經(jīng)小孔光闌5小孔的出射光的高度，該方法包括如下步驟①按設(shè)計(jì)粗裝待調(diào)整的第一光柵1和第二光柵2，以第一光柵1為準(zhǔn)，設(shè)定調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源4，使準(zhǔn)直光源4經(jīng)小孔光闌5的小孔發(fā)出的光照射并經(jīng)第一光柵1反射之后返回小孔光闌5的小孔，即調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光與第一光柵1垂直，如圖8所示；②在準(zhǔn)直光源4和第一光柵1之間插入所述的直角棱鏡7，調(diào)節(jié)該直角棱鏡7，使準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光經(jīng)該直角棱鏡7的第一直角面反射之后返回小孔光闌5的小孔，即調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光與直角棱鏡7的第一直角面垂直，同時(shí)在該直角棱鏡7的第二直角面的出射光方向設(shè)置所述的高度標(biāo)記8，水平微調(diào)該直角棱鏡7，使由該直角棱鏡7第二直角面的出射光束的高度與高度標(biāo)記8所規(guī)定的高度嚴(yán)格一致，如圖9所示；③將所述的準(zhǔn)直光源4移動(dòng)并直接照射所述的直角棱鏡7的第二直角面，調(diào)節(jié)該準(zhǔn)直光源4，使準(zhǔn)直光源4的光經(jīng)直角棱鏡7的第二直角面反射后返回小孔光闌5的小孔，即調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源4的出射光方向與第一光柵1平行，如圖10所示；④將直角棱鏡7向準(zhǔn)直光源4方向平移，如圖11所示，使由直角棱鏡7的第一直角面的出射光能照射到第二光柵2，并始終保障準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光經(jīng)該直角棱鏡7的第二直角面反射之后返回小孔光闌5的小孔；⑤調(diào)節(jié)第二光柵2，使準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光由直角棱鏡(7照射第二光柵2，并由第二光柵2反射后經(jīng)所述的直角棱鏡7再返回小孔光闌5的小孔，如圖12所示。至此，第一光柵(1)與第二光柵(2)平行。
其中使用的水平標(biāo)記8為基準(zhǔn)小孔。
在本發(fā)明中小孔光闌5的功能是便于觀察準(zhǔn)直光源4發(fā)出的光是否沿原光路返回；基準(zhǔn)小孔8的功能是確保直角棱鏡7的出射光高度與準(zhǔn)直光源4的出射光高度一致，基準(zhǔn)小孔8無(wú)需固定在某一個(gè)特定的位置，根據(jù)實(shí)際需要自由移動(dòng)；直角棱鏡7的功能是為移動(dòng)準(zhǔn)直光源4提供參考。由于直角棱鏡7有兩個(gè)互相垂直的表面，因此也就有了兩個(gè)參考平面，可以同時(shí)在與第一光柵1平行和垂直的兩個(gè)方向上為移動(dòng)準(zhǔn)直光源4提供參考，并且由于直角棱鏡7可以延著準(zhǔn)直光源4的出射光方向無(wú)限遠(yuǎn)移動(dòng)，這樣才使得應(yīng)用本方法調(diào)節(jié)光柵對(duì)平行可以不受光柵對(duì)錯(cuò)開(kāi)距離大小的限制。
權(quán)利要求
1.一種平行光柵對(duì)的調(diào)節(jié)方法，特征在于該方法需要使用的器件包括一臺(tái)準(zhǔn)直光源(4)、一小孔光闌(5)、一直角棱鏡(7)、一高度標(biāo)記(8)及其安裝的調(diào)整平臺(tái)，待調(diào)整的第一光柵(1)和第二光柵(2)，將所述的小孔光闌(5)直接水平地固定在準(zhǔn)直光源(4)的出口處，所述的高度標(biāo)記(8)的高度即所述的準(zhǔn)直光源(4)經(jīng)小孔光闌(5)小孔的出射光的高度，該方法包括如下步驟①按設(shè)計(jì)粗裝待調(diào)整的第一光柵(1)和第二光柵(2)，以第一光柵(1)為準(zhǔn)，設(shè)定調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源(4)，使準(zhǔn)直光源(4)經(jīng)小孔光闌(5)的小孔發(fā)出的光照射并經(jīng)第一光柵(1)反射之后返回小孔光闌(5)的小孔，即調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源(4)發(fā)出的光與第一光柵(1)垂直；②在準(zhǔn)直光源(4)和第一光柵(1)之間插入所述的直角棱鏡(7)，調(diào)節(jié)該直角棱鏡(7)，使準(zhǔn)直光源(4)發(fā)出的光經(jīng)該直角棱鏡(7)的第一直角面反射之后返回小孔光闌(5)的小孔，即調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源(4)發(fā)出的光與直角棱鏡(7)的第一直角面垂直，同時(shí)在該直角棱鏡(7)的第二直角面的出射光方向設(shè)置所述的高度標(biāo)記(8)，水平微調(diào)該直角棱鏡(7)，使由該直角棱鏡(7)第二直角面的出射光束的高度與高度標(biāo)記(8)所規(guī)定的高度嚴(yán)格一致；③將所述的準(zhǔn)直光源(4)移動(dòng)并直接照射所述的直角棱鏡(7)的第二直角面，調(diào)節(jié)該準(zhǔn)直光源(4)，使準(zhǔn)直光源(4)的光經(jīng)直角棱鏡(7)的第二直角面反射后返回小孔光闌(5)的小孔，即調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源(4)的出射光方向與第一光柵(1)平行；④將直角棱鏡(7)向準(zhǔn)直光源(4)方向平移，使由直角棱鏡(7)的第一直角面的出射光能照射到第二光柵(2)，并始終保障準(zhǔn)直光源(4)發(fā)出的光經(jīng)該直角棱鏡(7)的第二直角面反射之后返回小孔光闌(5)的小孔；⑤調(diào)節(jié)第二光柵(2)，使準(zhǔn)直光源(4)發(fā)出的光由直角棱鏡(7)照射第二光柵(2)，并由第二光柵(2)反射后經(jīng)所述的直角棱鏡(7)再返回小孔光闌(5)的小孔，至此，第一光柵(1)與第二光柵(2)平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平行光柵對(duì)的調(diào)節(jié)方法，特征在于所述的水平標(biāo)記(8)為直尺、或可調(diào)高度的基準(zhǔn)小孔或狹縫。
全文摘要
一種平行光柵對(duì)的調(diào)節(jié)方法，屬于飛秒脈沖壓縮技術(shù)。通過(guò)使用一臺(tái)準(zhǔn)直光源和一個(gè)直角棱鏡，利用直角棱鏡調(diào)節(jié)光柵對(duì)平行，本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單，精度高，不受光柵對(duì)錯(cuò)開(kāi)距離限制的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B27/62GK1920617SQ200610031058
公開(kāi)日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2006年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月12日
發(fā)明者李闖, 陸效明, 王乘, 梁曉燕, 冷雨欣, 李儒新 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所