專利名稱：利用達(dá)曼光柵和閃耀光柵產(chǎn)生飛秒多脈沖的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及飛秒多脈沖的裝置，特別是一種利用達(dá)曼光柵和閃耀光柵產(chǎn)生飛秒多脈沖的裝置
技術(shù)背景 通常情況下，光柵作為一種具有負(fù)色散性質(zhì)的器件被用于飛秒激光脈沖的壓縮和展寬。所采用的光柵大多是高密度光柵，光柵制造的難度比較大，成本高，并且該裝置產(chǎn)生不了多脈沖；普通光柵會(huì)造成各衍射級(jí)次的強(qiáng)度差別很大，應(yīng)用在我們下面提到的裝置中也很難得到多脈沖。
產(chǎn)生多脈沖的常見(jiàn)方法，有通過(guò)麥克耳遜干涉儀的，也有雙波長(zhǎng)的雙脈沖裝置的，但他們都不能對(duì)輸入脈沖進(jìn)行壓縮。
線密度過(guò)低的光柵對(duì)脈沖沒(méi)有壓縮效應(yīng)；線密度過(guò)高，只有很少的衍射級(jí)次上有脈沖，無(wú)法得到多脈沖。
在先技術(shù)1[周常河，白冰，利用達(dá)曼光柵對(duì)產(chǎn)生多脈沖的裝置，發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?00510110970.8)]中，提出利用1×n反射式達(dá)曼光柵，n塊補(bǔ)償光柵以及兩塊反射鏡得到飛秒多脈沖的一種方法，并可以對(duì)具有正啁啾的脈沖產(chǎn)生壓縮效果。
在先技術(shù)2[周常河，鄭將軍，發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?00610030280.6]中，提出了利用倍密度光柵得到飛秒雙脈沖的裝置，即用三塊達(dá)曼光柵，第一光柵產(chǎn)生衍射，第二、第三光柵分別置于正負(fù)衍射級(jí)次上，其中第二、第三光柵的線密度為第一光柵線密度和衍射級(jí)次乘積的二倍，從而得到飛秒雙脈沖的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用達(dá)曼光柵和閃耀光柵產(chǎn)生飛秒多脈沖的裝置，該裝置應(yīng)得到同波長(zhǎng)的多脈沖，脈沖的間隔是可調(diào)的，對(duì)正啁啾的脈沖有壓縮效果。而且要求該裝置制作比較容易，成本比較低。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下 一種利用達(dá)曼光柵和閃耀光柵產(chǎn)生飛秒多脈沖的裝置，其特點(diǎn)是 包括一主光柵，該主光柵為l×n反射式達(dá)曼光柵，其中n為正整數(shù)，距離該主光柵L處，在垂直于該主光柵的法線的兩側(cè)，在相應(yīng)衍射級(jí)次的衍射方向上，分別對(duì)稱地設(shè)有n塊閃耀光柵，分別稱為一級(jí)閃耀光柵，三級(jí)閃耀光柵，五級(jí)閃耀光柵，......，各同一級(jí)次的兩塊閃耀光柵之間的距離為b，所述主光柵周期為d，一級(jí)閃耀光柵的周期為d/2，三級(jí)閃耀光柵的周期為d/6，五級(jí)閃耀光柵的周期為d/10，......，所述的一級(jí)閃耀光柵，三級(jí)閃耀光柵，五級(jí)閃耀光柵...的法線方向與所述的主光柵的法線方向平行，其中L和b滿足下列關(guān)系 L≥2D*d/(4λ0-(m+|m-2|)*Δλ) b＝2Ltanα 式中d—主光柵的周期，λ0一輸入激光的中心波長(zhǎng)，Δλ—輸入激光的帶寬，D—入射光束直徑，M—衍射級(jí)次，α一主光柵的正或負(fù)m級(jí)衍射光的衍射角； 還有將輸出光與輸入光分開(kāi)的機(jī)構(gòu)。
所述的將輸出光與輸入光分開(kāi)的機(jī)構(gòu)是入射光線與主光柵在光柵槽的方向有一夾角θ，且θ<5°。
所述的將輸出光與輸入光分開(kāi)的機(jī)構(gòu)是在主光柵的法線上，即沿入射光線方向上，依次設(shè)置有與光路成45°的偏振介質(zhì)模板和1/4波片，該偏振介質(zhì)模板對(duì)45°入射的P偏振光全透射，而對(duì)S偏振光全反射。
所述的L有一最小值Lmin＝2D*d/(4λ0-(m＋|m-2|)*Δλ)。
所述的閃耀光柵中，有一個(gè)或多個(gè)閃耀光柵置于微動(dòng)臺(tái)上。
所述的主光柵(1)的光柵密度為10線/mm～100線/mm。
本實(shí)用新型的技術(shù)效果 由于本實(shí)用新型通過(guò)選擇合適線密度(10線/mm～100線/mm)的達(dá)曼光柵，利用達(dá)曼光柵輸出各衍射級(jí)次等光強(qiáng)的性質(zhì)，以及閃耀光柵將能量主要向一個(gè)方向衍射的性質(zhì)，得到了同波長(zhǎng)的多脈沖，脈沖間隔是可調(diào)的，并且可以對(duì)正啁啾的脈沖實(shí)現(xiàn)壓縮。由于所采用的達(dá)曼光柵和閃耀光柵線密度不高，制作比較容易，成本也比較低。本實(shí)用新型裝置在飛秒激光加工，脈沖整形等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景，而雙脈沖在飛秒激光測(cè)量領(lǐng)域也有著應(yīng)用。和先技術(shù)1相比，本實(shí)用新型首次提出將補(bǔ)償光柵用二倍密度閃耀光柵代替的思想，使到達(dá)閃耀光柵的衍射光直接按原路返回，省去了反射鏡，從而降低了能量損失，而且結(jié)構(gòu)變得更簡(jiǎn)單。
和先技術(shù)2相比，本實(shí)用新型使用了更多的光柵，既可以產(chǎn)生多脈沖，又可以對(duì)多脈沖進(jìn)行壓縮，而且由于使用了閃耀式光柵，大大降低了能量損耗。

圖1是本實(shí)用新型裝置原理結(jié)構(gòu)俯視示意圖 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)俯視示意圖 圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)俯視示意圖 圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)俯視示意圖 具體實(shí)施方式
先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)俯視示意圖，由圖可見(jiàn)，本實(shí)用新型利用達(dá)曼光柵和閃耀光柵產(chǎn)生飛秒多脈沖的裝置，包括一主光柵1，該主光柵為l×n反射式達(dá)曼光柵，其中n為正整數(shù)，距離該主光柵1的L處，在其垂直法線兩側(cè)，在相應(yīng)衍射級(jí)次的衍射方向上，對(duì)稱的分別設(shè)有n塊閃耀光柵21，23，25，...2(n-1)；31，33，35，...3(n-1)，分別稱為一級(jí)閃耀光柵21，31，三級(jí)閃耀光柵23，33，五級(jí)閃耀光柵25，35，......，各個(gè)級(jí)次的兩塊閃耀光柵之間的距離為b，所述主光柵1的周期為d，一級(jí)閃耀光柵的周期為d/2，三級(jí)閃耀光柵的周期為d/6，五級(jí)閃耀光柵的周期為d/10，......。其中L和b滿足下列關(guān)系 L≥2D*d/(4λ0-(m+|m-2|)*Δλ) b＝2Ltanα 式中d—主光柵的周期，λ0一輸入激光的中心波長(zhǎng)，Δλ一輸入激光帶寬，D—入射光束直徑，M—衍射級(jí)次，α一主光柵的正或負(fù)m級(jí)衍射光的衍射角。
還有將輸出光與輸入光分開(kāi)的機(jī)構(gòu)。
為了使不同的衍射級(jí)次分開(kāi)，L有一最小值 Lmin＝2D*d/(4λ0-(m+|m-2|)*Δλ)， 同一衍射級(jí)次的兩塊光柵之間的距離b不是任意的，b＝2Ltanα；主光柵1和一級(jí)閃耀光柵21，31，三級(jí)閃耀光柵23，33，五級(jí)閃耀光柵25，35...的法線方向平行。經(jīng)過(guò)主光柵1衍射后的光到達(dá)各個(gè)級(jí)次的閃耀光柵后，按原路返回，得到的輸出光即為多脈沖。
我們現(xiàn)在以產(chǎn)生雙脈沖，四脈沖，六脈沖的裝置為例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。我們分別采用1×2，1×4，1×6偶數(shù)反射式達(dá)曼光柵作主光柵1。
實(shí)施例1 請(qǐng)參閱圖2，圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖，主光柵1是1×2反射式達(dá)曼光柵，周期為25μm，與其相距30cm處放置兩塊周期為12.5μm的閃耀光柵21，31；主光柵1和一級(jí)閃耀光柵21，31的法線方向平行。兩塊一級(jí)閃耀光柵21，31的中心水平距離為2cm。
具有正啁啾的激光脈沖入射到主光柵1，入射平面與主光柵1的光柵槽方向平行，且入射光與光柵法線夾角θ(小于5度)。其正負(fù)一級(jí)衍射光分別入射到一級(jí)閃耀光柵21，31，經(jīng)過(guò)一級(jí)閃耀光柵衍射后，又回到主光柵1，并在出射時(shí)和入射光有一夾角2θ，以實(shí)現(xiàn)出射光和入射光在空間上的分離。其中通過(guò)采用行程12.5cm，最小分辨率為1μm，最小讀數(shù)為10μm的微動(dòng)臺(tái)來(lái)移動(dòng)一級(jí)閃耀光柵21，31，通過(guò)調(diào)節(jié)它們，就可以實(shí)現(xiàn)雙脈沖之間間隔的任意可調(diào)。通過(guò)對(duì)達(dá)曼光柵和閃耀光柵周期的選擇，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)具有不同正啁啾量的激光脈沖的壓縮。
實(shí)施例2 請(qǐng)參閱圖3，圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)俯視示意圖。我們采用另一種方式使輸入光和輸出光分開(kāi)。在主光柵1的法線上，即沿入射光線方向上，依次設(shè)置有與光路成45°的偏振介質(zhì)模板4和1/4波片5，該偏振介質(zhì)模板4對(duì)45°入射的P偏振光全透，而對(duì)S偏振光全反。如果入射光是P偏振的，那么輸出光由于兩次經(jīng)過(guò)1/4波片5，會(huì)變成S偏振。使P偏振光透射，S偏振關(guān)45°全反射，就實(shí)現(xiàn)了輸出光和輸入光的分離。
實(shí)施例3 本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖4所示，主光柵1是1×4反射式達(dá)曼光柵，周期為60μm，在相距30cm處放置兩塊周期為30μm的一級(jí)閃耀光柵21，31以及周期為10μm的三級(jí)達(dá)曼光柵23，33；他們的對(duì)稱軸都在主光柵1的法線上，他們的位置由入射光決定，使光經(jīng)過(guò)主光柵1后，正負(fù)一級(jí)衍射光入射到一級(jí)閃耀光柵21，31的中心，正負(fù)三級(jí)衍射光入射到三級(jí)閃耀光柵23，33的中心。主光柵1的法線、一級(jí)閃耀光柵21，31的法線和三級(jí)閃耀光柵23，33的法線都平行。
具有正啁啾的激光脈沖經(jīng)過(guò)依次設(shè)置的與光路成45°的偏振介質(zhì)模板4和1/4波片5，正入射到主光柵1，其正負(fù)一級(jí)衍射光分別入射到一級(jí)閃耀光柵21，31，正負(fù)三級(jí)衍射光分別入射到三級(jí)閃耀光柵23，33；反射光按原路返回再次經(jīng)過(guò)1/4波片5和偏振介質(zhì)模板4反射輸出，以實(shí)現(xiàn)出射光和入射光空間上的分離；同樣通過(guò)微動(dòng)臺(tái)來(lái)移動(dòng)一級(jí)閃耀光柵21，31及三級(jí)閃耀光柵23，33，我們可以實(shí)現(xiàn)四脈沖之間間隔的任意可調(diào)。
實(shí)施例4 本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)如圖5所示，主光柵1為1×6反射式達(dá)曼光柵，周期為60μm，相距30cm處放置兩塊相同的周期為30μm的一級(jí)閃耀光柵21，31，周期為為10μm的三級(jí)閃耀光柵23，33和周期為6μm的五級(jí)閃耀光柵25，35；一級(jí)閃耀光柵21，31，三級(jí)閃耀光柵23，33和五級(jí)閃耀光柵25，35的對(duì)稱軸都在主光柵1的法線上，他們的位置由入射光決定，使光經(jīng)過(guò)主光柵1后正負(fù)一級(jí)衍射光入射到一級(jí)閃耀光柵21，31的中心，正負(fù)三級(jí)衍射光入射到三級(jí)閃耀光柵23，33的中心，正負(fù)五級(jí)衍射光入射到五級(jí)閃耀光柵25，35的中心。主光柵1的法線、一級(jí)閃耀光柵21，31的法線、三級(jí)閃耀光柵23，33的法線和五級(jí)閃耀光柵25，35的法線方向都平行。
具有正啁啾的激光脈沖經(jīng)過(guò)依次設(shè)置的與光路成45°的偏振介質(zhì)模板4和1/4波片5，正入射到主光柵1，其正負(fù)一級(jí)衍射光分別入射到一級(jí)閃耀光柵21，31，正負(fù)三級(jí)衍射光分別入射到三級(jí)閃耀光柵23，33，正負(fù)五級(jí)衍射光分別入射到五級(jí)閃耀光柵25，35；反射光按原路返回再次經(jīng)過(guò)1/4波片5和偏振介質(zhì)模板4反射輸出，以實(shí)現(xiàn)出射光和入射光空間上的分離；同樣通過(guò)微動(dòng)臺(tái)來(lái)移動(dòng)一級(jí)閃耀光柵21，31，三級(jí)閃耀光柵23，33及五級(jí)閃耀光柵25，35，我們可以實(shí)現(xiàn)六脈沖之間間隔的任意可調(diào)。
以上實(shí)施例說(shuō)明，利用本實(shí)用新型裝置，可以獲得脈沖間隔可調(diào)的飛秒多脈沖，并且對(duì)正啁啾的飛秒激光脈沖有明顯的壓縮效果。以往時(shí)空變換裝置可以得到多個(gè)脈沖，但是很難實(shí)現(xiàn)任意時(shí)間間隔的多個(gè)脈沖，也就是很難調(diào)節(jié)任意兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔，而本實(shí)用新型可以產(chǎn)生任意時(shí)間間隔的多個(gè)脈沖，這對(duì)飛秒多脈沖的應(yīng)用很有意義，它在飛秒激光加工，脈沖整形等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1.一種利用達(dá)曼光柵和閃耀光柵產(chǎn)生飛秒多脈沖的裝置，其特征在于
包括一主光柵(1)，該主光柵(1)為1×n反射式達(dá)曼光柵，其中n為正整數(shù)，距離該主光柵(1)L處，在垂直于該主光柵(1)的法線的兩側(cè)，在相應(yīng)衍射級(jí)次的衍射方向上，分別對(duì)稱地設(shè)有n塊閃耀光柵(21，23，25，...2(n-1))和(31，33，35，...3(n-1))，分別稱為一級(jí)閃耀光柵(21，31)，三級(jí)閃耀光柵(23，33)，五級(jí)閃耀光柵(25，35)，......，各同一級(jí)次的兩塊閃耀光柵之間的距離為b，所述主光柵(1)周期為d，一級(jí)閃耀光柵的周期為d/2，三級(jí)閃耀光柵的周期為d/6，五級(jí)閃耀光柵的周期為d/10，.....，所述的一級(jí)閃耀光柵(21，31)，三級(jí)閃耀光柵(23，33)，五級(jí)閃耀光柵(25，35)...的法線方向與所述的主光柵(1)的法線方向平行，其中L和b滿足下列關(guān)系
L≥2D*d/(4λ0-(m+|m-2|)*Δλ)
b＝2Ltanα
式中d-主光柵的周期，λ0-輸入激光的中心波長(zhǎng)，Δλ-輸入激光的帶寬，D-入射光束直徑，M-衍射級(jí)次，α-主光柵的正或負(fù)m級(jí)衍射光的衍射角；
還有將輸出光與輸入光分開(kāi)的機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生飛秒多脈沖的裝置，其特征在于所述的將輸出光與輸入光分開(kāi)的機(jī)構(gòu)是入射光線與主光柵(1)在光柵槽的方向有一夾角θ，且θ＜5°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生飛秒多脈沖的裝置，其特征在于所述的將輸出光與輸入光分開(kāi)的機(jī)構(gòu)是在主光柵(1)的法線上，即沿入射光線方向上，依次設(shè)置有與光路成45°的偏振介質(zhì)模板(4)和1/4波片(5)，該偏振介質(zhì)模板(4)對(duì)45°入射的P偏振光全透射，而對(duì)S偏振光全反射。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生飛秒多脈沖的裝置，其特征在于所述的L有一最小值Lmin＝2D*d/(4λ0-(m+|m-2|)*Δλ)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生飛秒多脈沖的裝置，其特征在于所述的閃耀光柵中，有一個(gè)或多個(gè)閃耀光柵置于微動(dòng)臺(tái)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的產(chǎn)生飛秒多脈沖的裝置，其特征在于所述的主光柵(1)的光柵密度為10線/mm～100線/mm。
專利摘要一種利用達(dá)曼光柵和閃耀光柵產(chǎn)生飛秒多脈沖的裝置，其特點(diǎn)是包括一主光柵，該主光柵為1×n反射式達(dá)曼光柵，其中n為正整數(shù)，距離該主光柵L處，在垂直于該主光柵的法線的兩側(cè)，在相應(yīng)衍射級(jí)次的衍射方向上，分別對(duì)稱地設(shè)有n塊閃耀光柵，分別稱為一級(jí)，三級(jí)，五級(jí)閃耀光柵，......，各同一級(jí)次的兩塊閃耀光柵之間的距離為b，主光柵周期為d，一級(jí)閃耀光柵的周期為d/2，三級(jí)閃耀光柵的周期為d/6，五級(jí)閃耀光柵的周期為d/10，......，所有的閃耀光柵的法線與主光柵的法線平行。本實(shí)用新型裝置可得到同波長(zhǎng)的多脈沖輸出，脈沖的間隔是可調(diào)的，對(duì)正啁啾的脈沖有壓縮效果。而且裝置制作容易，成本低。
文檔編號(hào)G02B27/42GK201032498SQ20072006809
公開(kāi)日2008年3月5日 申請(qǐng)日期2007年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月23日
發(fā)明者周常河, 偉 賈 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所