專利名稱：超短脈沖激光濾波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超短激光脈沖，特別是一種超短脈沖激光濾波裝置，它可以實現(xiàn)飛秒級高功率超短脈沖激光的空間濾波和時間濾波，提高脈沖質(zhì)量，從而得到高時空分辨的激光脈沖。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界，從生產(chǎn)生活、科學(xué)研究到國家安全的各個領(lǐng)域，超短脈沖激光都得到了廣泛的應(yīng)用，超短脈沖激光放大技術(shù)目前已經(jīng)成為激光技術(shù)的研究熱點之一。超短脈沖激光技術(shù)中的一個最引人注目的成就是啁啾脈沖放大技術(shù)(以下簡稱為CPA)的迅速發(fā)展。CPA技術(shù)產(chǎn)生的超短超強脈沖激光開辟了多種強場科學(xué)領(lǐng)域，特別值得一提的是近年來成為研究熱點的慣性約束聚變(ICF)快點火技術(shù)。在這些應(yīng)用中，對作為光源的超短脈沖質(zhì)量往往有很高的要求，而CPA技術(shù)產(chǎn)生的激光時間對比度＜103，且存在由于衍射和非線性效應(yīng)而產(chǎn)生的空間高頻調(diào)制。因此，要獲得高質(zhì)量的超短脈沖強激光就需要對脈沖進(jìn)行凈化。
在先技術(shù)1，D.Homoelle等人提出了利用填充惰性氣體的空心光纖來提高高強度超短脈沖對比度的方法(“Pulse contrast enhancement ofhigh-energy pulses by useof a gas-filled hollow waveguide”O(jiān)ptics Letters，Vol.27，NO.18，1646-1648，2002)；在先技術(shù)2，陳曉偉等人提出了利用非線性正色散固體透明材料來到達(dá)提高脈沖對比度(“超短脈沖時間和空間凈化裝置”，發(fā)明專利，2005.11.23，CN 1700536A)，并可同時壓縮脈沖的目的。
圖1是D.Homoelle等人利用填充惰性氣體的空心波導(dǎo)來提高高強度超短脈沖對比度的光路圖。水平偏振的超短脈沖入射到第一1/4波片1上，第一1/4波片1的快軸方向和入射超短脈沖的偏振方向成22.5°，通過第一1/4波片1后，超短脈沖的偏振態(tài)變?yōu)闄E圓偏振，然后通過第一正透鏡2聚焦入射到充滿惰性氣體的波導(dǎo)3內(nèi)。從波導(dǎo)3中出射的超短脈沖再通過準(zhǔn)直透鏡4入射到快軸方向垂直于第一1/4波片1的第二1/4波片5上，最后通過檢偏器6輸出，檢偏器6的快軸方向與入射超短脈沖的偏振方向垂直。橢圓偏振的超短脈沖在惰性氣體中傳播時會產(chǎn)生非線性橢圓旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，使脈沖峰值附近的高強度部分發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而低強度的脈沖底座及衛(wèi)星脈沖的偏振態(tài)則基本不變，當(dāng)脈沖經(jīng)過第二1/4波片5和檢偏器6時，只有與入射脈沖偏振方向垂直的主脈沖部分輸出，而與入射脈沖偏振方向一致的衛(wèi)星脈沖則被濾掉。
在這個裝置中，脈沖通過惰性氣體時，由于非線性效應(yīng)的影響，超短脈沖的寬度得到很大的展寬，甚至分裂，因而需要額外的色散補償裝置，這就增加了裝置的復(fù)雜度和成本。另外為了保持光束模式和避免氣體電離，入射脈沖能量只能限制在毫焦耳量級。
圖2是陳曉偉等人發(fā)明的超短脈沖時間和空間凈化裝置示意圖。
這個裝置將在先技術(shù)1中的充有惰性氣體的空心波導(dǎo)換成了非線性正色散透明固體材料9，這樣既可以達(dá)到時間凈化、壓縮脈沖的目的，又省去了額外的色散補償裝置。但其采用了兩個反射鏡增加了系統(tǒng)的反射損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要彌補上述在先技術(shù)的不足，提供一種超短脈沖濾波裝置，該裝置應(yīng)具有同時達(dá)到時間凈化、壓縮脈沖寬度和空間濾波的效果，且具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種超短脈沖激光濾波裝置，其特點是由同光軸依次設(shè)置的第一1/4波片、第一正透鏡、小孔光闌、非線性正色散透明固體材料、第二正透鏡、第二1/4波片和檢偏器構(gòu)成，所述的第一正透鏡與第二正透鏡的間距為兩焦距之和并共焦點，所述的小孔光闌位于第一正透鏡的焦點，第一1/4波片的快軸方向與入射的線偏振超短脈沖的偏振方向成22.5°，所述的非線性正色散透明固體材料安裝在滑塊上，該滑塊固定在光學(xué)滑軌上，第一1/4波片和第二1/4波片為零級1/4波片，且其快軸方向相互正交，所述的檢偏器的光軸方向與入射的線偏振超短脈沖激光的偏振方向相互垂直。
所述的非線性正色散透明固體材料位于第一正透鏡的幾何焦點之后。
由所述的非線性正色散透明固體材料為BK7玻璃。
本發(fā)明超短脈沖激光濾波裝置的工作原理如下一橢圓偏振的超短脈沖激光在非線性正色散透明固體材料中傳播時會產(chǎn)生非線性橢圓旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，改變?nèi)肷浼す獾钠駪B(tài)，這種非線性效應(yīng)與入射激光的強度成指數(shù)關(guān)系。當(dāng)?shù)谝涣慵?/4波片的快軸方向與入射的線偏振激光的偏振方向成22.5°時，得到的橢圓偏振光的偏振旋轉(zhuǎn)效率最佳。這種橢圓旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，使脈沖峰值附近的高強度部分發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而低強度的脈沖底座及衛(wèi)星脈沖的偏振態(tài)則基本不變。然后脈沖再經(jīng)過第二1/4波片使得脈沖中偏振態(tài)沒有變化的部分恢復(fù)到原來的偏振態(tài)，而產(chǎn)生非線性橢圓旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的高強度部分則與原偏振態(tài)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最后用檢偏器將脈沖的高強度部分與其余部分分離，從而提高超短脈沖的時間對比度。而且在脈沖通過非線性正色散透明固體材料時還會由于自聚焦作用以及隨之產(chǎn)生的等離子體作用而產(chǎn)生脈沖寬度壓縮。此外，位于第一正透鏡幾何焦點處的小孔光闌可起到空間濾波的作用，從而改善高功率超短脈沖激光的空間調(diào)制，使時間濾波與空間濾波同步完成，大大提高超短脈沖質(zhì)量。
本發(fā)明的技術(shù)效果如下1、本發(fā)明利用高功率超短脈沖在非線性正色散透明固體材料傳輸過程中的非線性橢圓旋轉(zhuǎn)效應(yīng)和時空自聚焦效應(yīng)，以及小孔光闌的空間濾波效果同時達(dá)到增強時間對比度、壓縮脈沖和改善空間調(diào)制的作用。整個裝置簡單、搭建容易、調(diào)整方便，比在先技術(shù)能達(dá)到更好的空間調(diào)制效果。
2、本系統(tǒng)無需另外的色散補償和反射裝置，可大大減少系統(tǒng)的能量損失。


圖1是在先技術(shù)1的利用填充惰性氣體的空心波導(dǎo)來提高高強度超短脈沖對比度的光路示意圖。
圖2是在先技術(shù)2的超短脈沖時間和空間凈化裝置示意圖。
圖3是本發(fā)明的超短脈沖濾波裝置示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
先請參閱圖3，圖3是本發(fā)明的超短脈沖濾波裝置示意圖。由圖可見，本發(fā)明超短脈沖濾波裝置的構(gòu)成包括第一1/4波片15、第一正透鏡16、小孔光闌17、非線性正色散透明固體材料18、固定在光學(xué)滑軌上的滑塊19、第二正透鏡20、第二1/4波片21和檢偏器22，其位置關(guān)系是當(dāng)一水平偏振的超短脈沖激光通過第一1/4波片15后，偏振態(tài)變?yōu)闄E圓偏振，然后由第一正透鏡16聚焦穿過小孔光闌17入射到非線性正色散透明固體材料18中，其出射的脈沖再通過第二正透鏡20入射到第二1/4波片21，最后由檢偏器22輸出。
所述的第一1/4波片15的快軸方向與入射的線偏振超短脈沖的偏振方向成22.5°。
所述的第一1/4波片15和第二1/4波片21為零級1/4波片，且其快軸方向相互正交。
所述的第一正透鏡16與第二正透鏡20位于同一高度，其間距為兩者焦距之和并共焦點。所述的小孔光闌17位于第一正透鏡16的幾何焦點處。
所述的非線性正色散透明固體材料18位于第一正透鏡16的幾何焦點之后并安裝在一光學(xué)滑軌19上，借助該光學(xué)滑軌19的運動來改變所述的非線性正色散透明固體材料18相對于第一正透鏡16的幾何焦點的距離。
所述的檢偏器22的光軸方向與入射的線偏振超短脈沖的偏振方向相互垂直。
水平偏振的超短脈沖入射到第一1/4波片上15，第一1/4波片15的快軸方向和入射超短脈沖的偏振方向成22.5°，通過第一1/4波片15后，超短脈沖的偏振態(tài)由水平方向的線偏振變?yōu)闄E圓偏振，然后由第一正透鏡16聚焦穿過小孔光闌17進(jìn)行空間濾波后垂直入射到非線性正色散透明固體材料18中，小孔光闌位于第一正透鏡16的幾何焦點處，通過空間濾波可達(dá)到改善激光脈沖的高頻空間調(diào)制的效果。非線性正色散透明固體材料18安裝在一光學(xué)滑軌19上位于第一正透鏡16的幾何焦點之后，在入射不同能量大小的脈沖時，可以借助該光學(xué)滑軌19的運動改變非線性正色散透明固體材料18相對于第一正透鏡16的幾何焦點的距離，從而避免材料受到破壞。從非線性正色散透明固體材料18中出射的超短脈沖再通過第二正透鏡20準(zhǔn)直成平行光束入射到快軸方向垂直于第一1/4波片16的第二1/4波片21上，最后通過光軸方向與入射超短脈沖的偏振方向垂直的檢偏器22輸出。橢圓偏振的超短脈沖在非線性正色散透明固體材料18中傳播時會產(chǎn)生非線性橢圓旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，使脈沖峰值附近的高強度部分發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而低強度的脈沖底座及衛(wèi)星脈沖的偏振態(tài)則基本不變，當(dāng)脈沖經(jīng)過第二1/4波片21和檢偏器22時，只有與入射脈沖偏振方向垂直的主脈沖部分輸出，而與入射脈沖偏振方向一致的衛(wèi)星脈沖則被濾掉，從而達(dá)到提高脈沖的時間對比度的效果。而且在脈沖通過非線性正色散透明固體材料18時還會由于自聚焦作用以及隨之產(chǎn)生的等離子體作用，脈沖寬度壓縮。在本發(fā)明中，非線性正色散透明固體材料18為一塊幾毫米厚的BK7玻璃，為了利用超短脈沖在玻璃中的自聚焦效應(yīng)壓縮脈寬，就要使入射脈沖功率大于BK7玻璃的自聚焦閾值功率1.8MW，通常入射脈沖強度在1011W/cm2。
本發(fā)明利用高功率超短脈沖在非線性正色散透明固體材料18傳輸過程中的非線性橢圓旋轉(zhuǎn)效應(yīng)和時空自聚焦效應(yīng)，以及小孔光闌17的空間濾波效果同時達(dá)到增強時間對比度、壓縮脈沖和改善空間調(diào)制的作用，且無需另外的色散補償和反射裝置，大大減少系統(tǒng)的能量損失，整個裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、搭建容易、調(diào)整方便的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種超短脈沖激光濾波裝置，其特征在于由同光軸依次設(shè)置的第一1/4波片(15)、第一正透鏡(16)、小孔光闌(17)、非線性正色散透明固體材料(18)、第二正透鏡(20)、第二1/4波片(21)和檢偏器(22)構(gòu)成，所述的第一正透鏡(16)與第二正透鏡(20)之間距為兩焦距之和并共焦點，所述的小孔光闌(17)位于第一正透鏡(16)的焦點，所述的第一1/4波片(15)的快軸方向與入射的線偏振超短脈沖激光的偏振方向成22.5°，所述的非線性正色散透明固體材料(18)固定在一滑塊(19)上，該滑塊(19)可在一光學(xué)滑軌上移動固定，所述的第一1/4波片(15)和第二1/4波片(21)為零級1/4波片，且其快軸方向相互正交，所述的檢偏器(22)的光軸方向與入射的線偏振超短脈沖激光的偏振方向相互垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短脈沖激光濾波裝置，其特征在于所述的非線性正色散透明固體材料(18)位于第一正透鏡(15)的幾何焦點之后。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短脈沖激光濾波裝置，其特征在于所述的非線性正色散透明固體材料(18)為BK7玻璃。
全文摘要
一種超短脈沖激光濾波裝置，其特點是由同光軸依次設(shè)置的第一1/4波片、第一正透鏡、小孔光闌、非線性正色散透明固體材料、第二正透鏡、第二1/4波片和檢偏器構(gòu)成，所述的第一正透鏡與第二正透鏡的間距為兩焦距之和并共焦點，所述的小孔光闌位于第一正透鏡的焦點，第一1/4波片的快軸方向與入射的線偏振超短脈沖的偏振方向成22.5°，所述的非線性正色散透明固體材料安裝在所述的滑塊上，第一1/4波片和第二1/4波片為零級1/4波片，且其快軸方向相互正交，所述的檢偏器的光軸方向與入射的線偏振超短脈沖的偏振方向相互垂直。本發(fā)明可以消除激光的空間不均勻性、提高超短脈沖的時間對比度，具有結(jié)構(gòu)簡單、光路調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點。
文檔編號G02F1/39GK101038412SQ20071003866
公開日2007年9月19日 申請日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者賈雪梅, 謝興龍 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所