可調(diào)脈沖間隔的共光路超短激光脈沖分束方法和分束裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可調(diào)脈沖間隔的共光路超短激光脈沖分束方法和分束裝置。所述裝置由十一個反射鏡、兩個分光平片和三個精密平移臺組成，其中八個反射鏡即4個反射鏡對分別構(gòu)成四個延遲線結(jié)構(gòu)。分束方法包括：將超短激光單脈沖分束調(diào)節(jié)為兩個具有超短脈寬與脈沖間隔的脈沖；將所述兩個脈沖經(jīng)過爬高折回后又引入到分光平片上，獲得四脈沖的輸出；將裝置中兩組可調(diào)節(jié)延遲線整合到一個平移臺上，形成了一步調(diào)節(jié)，即可實(shí)現(xiàn)均勻同步調(diào)節(jié)脈沖間隔的目的。該系統(tǒng)可將單一超短激光脈沖分束為脈沖間隔同步可調(diào)、共線傳輸、能量均等且偏振狀態(tài)一致的四個子脈沖。
【專利說明】可調(diào)脈沖間隔的共光路超短激光脈沖分束方法和分束裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超短激光脈沖分束領(lǐng)域，特別是指一種由飛秒激光單脈沖獲得飛秒激 光四脈沖的分束結(jié)構(gòu)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 飛秒激光是一種以脈沖形式發(fā)射的激光，持續(xù)時間在飛秒量級。由于飛秒激光具 有高瞬間功率、高靶向聚焦定位精度和超短脈沖寬度等特點(diǎn)，在微加工和超快過程探測等 領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。其中，通過對飛秒激光多脈沖泵浦的超快瞬態(tài)過程的研究，可獲得許多物 質(zhì)結(jié)構(gòu)變化或能量轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域的重要結(jié)果，如何實(shí)現(xiàn)對飛秒激多脈沖的分束和脈沖間隔的 調(diào)節(jié)顯得尤為重要。
[0003]目前，對飛秒激光的脈沖分束的器件主要有分光平片、雙折射晶體、光柵等。在這 些方法中，雙折射晶體和光柵無法對脈沖間隔方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，用分光平片及延遲線 的組合形成了一種有效而且簡單的脈沖間隔調(diào)節(jié)方式。但是，對于多脈沖(大于2)的分束， 用分光平片的分束方法存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)節(jié)步驟多等問題而被拋棄。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種可調(diào)脈沖間隔的共光路 超短激光脈沖分束方法和分束裝置，可一步將單一超短激光脈沖分束為脈沖間隔同步可 調(diào)、共線傳輸、能量均等且偏振狀態(tài)一致的四個超短激光子脈沖。
[0005] 本發(fā)明首先提供了一種可調(diào)脈沖間隔的共光路超短激光脈沖分束方法，該方法包 括： 第1、將超短激光單脈沖經(jīng)過第一片分光平片（BS1)分束后得到兩個具有超短脈寬與脈 沖間隔的子脈沖； 第2、第1步得到的兩個子脈沖分別進(jìn)入第二延遲線結(jié)構(gòu)（DL2)和第三延遲線結(jié)構(gòu)的 第一組成部分（DL3-I)，再經(jīng)過第二片分光平片（BS2)再次分束，得到四個子脈沖； 第3、將第2步再次分束后得到的四個子脈沖分別進(jìn)入第一延遲線結(jié)構(gòu)（DL1)和第三延 遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分（DL3-2)，其中在第三延遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分（DL3-2)前面接 有一個轉(zhuǎn)鏡，在第三延遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分（DL3-2)后面接有一個爬高器折返并爬高 光路，再次經(jīng)過第二片分光平片（BS2)合束得到四個共線傳輸子脈沖； 第4、在滿足A3-=2(/? - A2)的初始光程的條件下，式中A1表不第一分光平片到 第二延遲線結(jié)構(gòu)的實(shí)際距離，A2表示第三延遲線結(jié)構(gòu)到第二分光平片的實(shí)際距離，A3表示 第一延遲線結(jié)構(gòu)到第二分光平片的實(shí)際距離，A4表示第二分光平片到爬高器Glevator2) 之間的光程距離，即第三延遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分和第一延遲線結(jié)構(gòu)的光程差是第二延 遲線結(jié)構(gòu)和第三延遲線結(jié)構(gòu)的第一組成部分的光程差的兩倍時，通過調(diào)節(jié)第三延遲線結(jié)構(gòu) (DL3)實(shí)現(xiàn)脈沖間隔冋步可調(diào)； 其中，第一延遲線結(jié)構(gòu)（DL1)和第二延遲線結(jié)構(gòu)（DL2)均由一個反射鏡對組成，第一 延遲線結(jié)構(gòu)（DL1)是由兩個反射鏡組成的光束拔高器；第三延遲線結(jié)構(gòu)的第一組成部分 (DL3-I)和第三延遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分（DL3-2)分別由一個反射鏡對組成，即第三延遲 線結(jié)構(gòu)（DL3)是由兩個反射鏡對組成的一套組合式延遲系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明同時還提供了一種可調(diào)脈沖間隔的共光路超短激光脈沖分束裝置，該裝置 包括：十一個反射鏡、兩個分光平片和三個精密平移臺，其中八個反射鏡即4個反射鏡對分 別構(gòu)成四個延遲線結(jié)構(gòu)； 第一片分光平片（BS1),用于將超短激光單脈沖分束為兩個具有超短脈寬與脈沖間隔 的子脈沖； 第二延遲線結(jié)構(gòu)（DL2):位于第一片分光平片的反射光路上，由一對反射鏡組成，用于 轉(zhuǎn)折光路以及調(diào)整第一分光平片分束出的雙脈沖的脈沖延遲量； 第三延遲線結(jié)構(gòu)的第一組成部分（DL3-I):位于第一片分光平片的透射光路上，由一對 反射鏡組成，同樣用于轉(zhuǎn)折光路以及調(diào)整第一分光平片（BS1)分束出的雙脈沖的脈沖延遲 量； 第二片分光平片（BS2),位于第二延遲線結(jié)構(gòu)（DL2)和第三延遲線結(jié)構(gòu)的第一組成部分 (DL3-I)光路的交匯處，用于第一分光平片（BS1)所分束出的光束的合束以及后續(xù)延遲結(jié)構(gòu) 反射光的合束； 第一延遲線結(jié)構(gòu)（DL1):位于第二分光平片（BS2)的透射光路一側(cè)，用于調(diào)整第二分光平 片透射光束的延遲量，并起到了一個爬高的作用，使得折返的光束能在第二分光平片上合 束出射； 第三延遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分（DL3-2):位于第二分光平片的反射光路一側(cè)，用于轉(zhuǎn) 折光路以及調(diào)整第二分光平片分束出的雙脈沖的脈沖延遲量； 轉(zhuǎn)鏡：位于第二分光平片的反射光路一側(cè)，在第三延遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分（DL3-2) 之前，用于轉(zhuǎn)折光路； 三個精密平移臺裝于延遲線結(jié)構(gòu)底部，用于調(diào)整第一延遲線結(jié)構(gòu)（DL1X第二延遲線結(jié) 構(gòu)（DL2)和第三延遲線結(jié)構(gòu)（DL3)的相對位置，以此來調(diào)節(jié)光程，控制脈沖的脈沖間隔，即延 遲量。所述的各反射鏡的接觸面上分別鍍有增反膜。
[0007] 本發(fā)明裝置可將單一超短激光脈沖分束為脈沖間隔同步可調(diào)、共線傳輸、能量均 等且偏振狀態(tài)一致的四個子脈沖，將裝置中兩組可調(diào)節(jié)延遲線，即DL1和DL2整合到一個平 移臺上，形成了一步調(diào)節(jié)，即可實(shí)現(xiàn)均勻同步調(diào)節(jié)脈沖間隔的目的。
[0008] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果： 本發(fā)明由于采用了整合延遲線的方式，在初始光程滿足式（2)的前提的下，可以通過一 步調(diào)節(jié)，即可由一個超短激光脈沖獲得4個脈沖間隔均勻、共線傳輸、能量均等且偏振狀態(tài) 一致的四個子脈沖。相較于傳統(tǒng)的脈沖分束方式，本發(fā)明具有調(diào)節(jié)簡易、靈活的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明一種脈沖間隔同步可調(diào)的超短激光脈沖分束方法流程示意圖； 圖2為分束結(jié)構(gòu)平面示意圖； 圖3為所分束出的四脈沖的脈沖間隔示意圖。
[0010] 圖中，1第一分光平片（BS1), 2第二延遲線結(jié)構(gòu)（DL2), 3第二分光平片（BS2), 4第 三延遲線結(jié)構(gòu)的第一組成部分（DL3-I), 5第一延遲線結(jié)構(gòu)（DL1)即爬高器（elevatorl)，6 轉(zhuǎn)鏡，7第三延遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分（DL3-2)，8爬高器（eleVator2)。 toon] 下面通過附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 實(shí)施例1 如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種脈沖間隔同步可調(diào)的超短激光脈沖分束裝置， 該裝置包括：十一個反射鏡、兩個分光平片和三個精密平移臺，其中八個反射鏡即4個反射 鏡對分別構(gòu)成四個延遲線結(jié)構(gòu)； 1是第一片分光平片（BS1),用于將超短激光單脈沖分束為兩個具有超短脈寬與脈沖間 隔的子脈沖； 2是第二延遲線結(jié)構(gòu)DL2 :位于第一片分光平片的反射光路上，由一對反射鏡組成，用于 轉(zhuǎn)折光路以及調(diào)整分光平片BS1分束出的雙脈沖的脈沖延遲量； 4是第三延遲線結(jié)構(gòu)的第一組成部分DL3-I:位于第一片分光平片的透射光路上，由一 對反射鏡組成，同樣用于轉(zhuǎn)折光路以及調(diào)整第一分光平片（BS1)分束出的雙脈沖的脈沖延 遲量； 3是第二片分光平片（BS2),位于第二延遲線結(jié)構(gòu)DL2和第三延遲線結(jié)構(gòu)的第一組成部 分DL3-I光路的交匯處，用于第一分光平片（BS1)所分束出的光束的合束以及后續(xù)延遲結(jié)構(gòu) 反射光的合束； 5是第一延遲線結(jié)構(gòu)DL1 :位于第二分光平片（BS2)的透射光路一側(cè)，用于調(diào)整BS2透射 光束的延遲量，并起到了一個爬高的作用，使得折返的光束能在BS2上合束出射； 7是第三延遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分DL3-2 :位于分光平片反射光路一側(cè)，用于轉(zhuǎn) 折光路以及調(diào)整分光平片BS2分束出的雙脈沖的脈沖延遲量； 6是轉(zhuǎn)鏡：位于分光平片反射光路一側(cè)，在第三延遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分DL3-2 之前，用于轉(zhuǎn)折光路； 三個精密平移臺分別裝于第一、第二和第三延遲線結(jié)構(gòu)底部，用于調(diào)整延遲線結(jié)構(gòu)DLpDL2和DL3的相對位置，以此來調(diào)節(jié)光程，控制脈沖的脈沖間隔，即延遲量。所述的各反 射鏡的接觸面上分別鍍有增反膜。
[0013] 實(shí)施例2、 圖1為本發(fā)明一種脈沖間隔同步可調(diào)的超短激光脈沖分束方法流程示意圖，如圖1所 示，所述方法包括： 步驟101，將超短激光單脈沖經(jīng)過第一片分光平片（BS1)分束后得到兩個具有超短脈寬 與脈沖間隔的子脈沖； 具體的，通過分光平片進(jìn)行分束。進(jìn)一步的除了分光平片，還包括其他常用的分束器件 如薄膜分束鏡等。
[0014] 步驟102,第1步得到的兩個子脈沖分別進(jìn)入延遲線結(jié)構(gòu)DL2 (第二延遲線結(jié)構(gòu))和 延遲線結(jié)構(gòu)DL3-I(第三延遲線結(jié)構(gòu)的第一組成部分)，再經(jīng)過第二片分光平片（BS2)再次分 束，得到四個子脈沖； 具體的，如圖2所示，其中在分光平片BS2上合束后反射的是兩個脈沖，透射同樣是兩 個脈沖。
[0015]步驟103,將第2步再次分束后得到的四個子脈沖分別進(jìn)入延遲線結(jié)構(gòu)DL1和延遲 線結(jié)構(gòu)DL3-2,其中在延遲線結(jié)構(gòu)DL3-2前面接有一個轉(zhuǎn)鏡，在延遲線結(jié)構(gòu)DL3-2后面接有一 個爬高器折返并爬高光路，再次經(jīng)過第二片分光平片（BS2)合束得到四個共線傳輸子脈沖； 具體的，如圖2所示向左出射的兩個脈沖經(jīng)過elevator爬高后的反射光再一次透射 經(jīng)過BS2，圖2中BS2向上出射的兩個脈沖經(jīng)過轉(zhuǎn)折光路后，通過DL3-2延遲線結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)光 程，并經(jīng)過elevator2爬高后原路折回分光平片BS2，與elevatoi^透射的雙脈沖合束后形成 了 4脈沖的輸出，所要指出的是，經(jīng)過爬高器elevatoi^和elevator2后的光束僅僅是光路 高度的改變，在水平面上的位置并沒有發(fā)生任何改變。
[0016]步驟104,在滿足Zi3-A4 = 2P1-A2)的初始光程的條件下，即第三延遲線的第 二部分和第一延遲線的光程差是第二延遲線和第三延遲線的第一部分的光程差的兩倍時， 通過調(diào)節(jié)第三延遲線結(jié)構(gòu)（DL3)實(shí)現(xiàn)脈沖間隔同步可調(diào)； 具體的，對以上所述的DL3-I和DL3-2兩個延遲系統(tǒng)整合到同一個平移臺上，構(gòu)成一步 調(diào)節(jié)即可同步均勻調(diào)節(jié)脈沖間隔的方法，具體為：利用兩組延遲線結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)方向在同一直 線上的特點(diǎn)，把兩組延遲線裝置搭建在同一個平移臺上，即一個平移臺同時調(diào)節(jié)兩組延遲 線的光程，由于調(diào)節(jié)相同延遲線的距離的情況下，BS2上面出射的光束的光程是BS1透射的 光束的光程該變量的兩倍，因此，在初始光程滿足式（2)條件下，可以實(shí)現(xiàn)4脈沖脈沖間隔 的同步均勻調(diào)節(jié)。
[0017] 在實(shí)際操作中，單個脈沖從最初的分光平片BS1分束經(jīng)過延遲光路到最后的分光 平片BS2，分束為脈沖間隔同步可調(diào)，共線傳輸、能量均等且偏振狀態(tài)與入射脈沖一致的四 個子脈沖。分束出來的四個子脈沖的光程Z分別為：

【權(quán)利要求】
1. 一種可調(diào)脈沖間隔的共光路超短激光脈沖分束方法，其特征在于該方法包括： 第1、將超短激光單脈沖經(jīng)過第一片分光平片（BS1)分束后得到兩個具有超短脈寬與脈 沖間隔的子脈沖； 第2、第1步得到的兩個子脈沖分別進(jìn)入第二延遲線結(jié)構(gòu)（DL2)和第三延遲線結(jié)構(gòu)的 第一組成部分（DL3-I)，再經(jīng)過第二片分光平片（BS2)再次分束，得到四個子脈沖； 第3、將第2步再次分束后得到的四個子脈沖分別進(jìn)入第一延遲線結(jié)構(gòu)（DL1)和第三延 遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分（DL3-2)，其中在第三延遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分（DL3-2)前面接 有一個轉(zhuǎn)鏡，在第三延遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分（DL3-2)后面接有一個爬高器折返并爬高 光路，再次經(jīng)過第二片分光平片（BS2)合束得到四個共線傳輸子脈沖； 第4、在滿足/? -Λ4=2(/?-A2)的初始光程的條件下，式中A1表示第一分光平片到 第二延遲線結(jié)構(gòu)的實(shí)際距離，A2表示第三延遲線結(jié)構(gòu)到第二分光平片的實(shí)際距離，弋表示 第一延遲線結(jié)構(gòu)到第二分光平片的實(shí)際距離，A4表示第二分光平片到爬高器Glevator2) 之間的光程，即第三延遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分和第一延遲線結(jié)構(gòu)的光程差是第二延遲 線結(jié)構(gòu)和第三延遲線結(jié)構(gòu)的第一組成部分的光程差的兩倍時，通過調(diào)節(jié)第三延遲線結(jié)構(gòu) (DL3)實(shí)現(xiàn)脈沖間隔冋步可調(diào)； 其中，第一延遲線結(jié)構(gòu)（DL1)和第二延遲線結(jié)構(gòu)（DL2)均由一個反射鏡對組成，第一 延遲線結(jié)構(gòu)（DL1)是由兩個反射鏡組成的光束拔高器；第三延遲線結(jié)構(gòu)的第一組成部分 (DL3-I)和第三延遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分（DL3-2)分別由一個反射鏡對組成，即第三延遲 線結(jié)構(gòu)（DL3)是由兩個反射鏡對組成的一套組合式延遲系統(tǒng)。
2. -種可調(diào)脈沖間隔的共光路超短激光脈沖分束裝置，其特征在于該裝置包括：十一 個反射鏡、兩個分光平片和三個精密平移臺，其中八個反射鏡即4個反射鏡對分別構(gòu)成四 個延遲線結(jié)構(gòu)； 第一片分光平片（BS1),用于將超短激光單脈沖分束為兩個具有超短脈寬與脈沖間隔 的子脈沖； 第二延遲線結(jié)構(gòu)（DL2):位于第一片分光平片的反射光路上，由一對反射鏡組成，用于 轉(zhuǎn)折光路以及調(diào)整第一分光平片分束出的雙脈沖的脈沖延遲量； 第三延遲線結(jié)構(gòu)的第一組成部分（DL3-I):位于第一片分光平片的透射光路上，由一對 反射鏡組成，同樣用于轉(zhuǎn)折光路以及調(diào)整第一分光平片（BS1)分束出的雙脈沖的脈沖延遲 量； 第二片分光平片（BS2),位于第二延遲線結(jié)構(gòu)（DL2)和第三延遲線結(jié)構(gòu)的第一組成部分 (DL3-I)光路的交匯處，用于第一分光平片（BS1)所分束出的光束的合束以及后續(xù)延遲結(jié)構(gòu) 反射光的合束； 第一延遲線結(jié)構(gòu)（DL1):位于第二分光平片（BS2)的透射光路一側(cè)，用于調(diào)整第二分光平 片透射光束的延遲量，并起到了一個爬高的作用，使得折返的光束能在第二分光平片上合 束出射； 第三延遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分（DL3-2):位于第二分光平片的反射光路一側(cè)，用于轉(zhuǎn) 折光路以及調(diào)整第二分光平片分束出的雙脈沖的脈沖延遲量； 轉(zhuǎn)鏡：位于第二分光平片的反射光路一側(cè)，在第三延遲線結(jié)構(gòu)的第二組成部分（DL3-2) 之前，用于轉(zhuǎn)折光路； 三個精密平移臺裝于延遲線結(jié)構(gòu)底部，用于調(diào)整第一延遲線結(jié)構(gòu)（DL1X第二延遲線結(jié) 構(gòu)（DL2)和第三延遲線結(jié)構(gòu)（DL3)的相對位置，以此來調(diào)節(jié)光程，控制脈沖的脈沖間隔，即延 遲量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述的各反射鏡的接觸面上分別鍍有增反 膜。
【文檔編號】G02B27/10GK104238123SQ201410334680
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】楊曉蘋, 徐振新, 孫旭娜, 楊勇, 蓋琦, 翟宏琛 申請人:天津理工大學(xué)