超短脈沖激光殘余角色散的測(cè)量裝置和測(cè)量方法
【專利摘要】一種超短脈沖激光殘余角色散的測(cè)量裝置和測(cè)量方法，其測(cè)量裝置構(gòu)成為：光束行進(jìn)方向依次為第一直角棱鏡，第一平行平板，第二直角棱鏡，第二平行平板，消色差透鏡，1×2端口的分束器，入射光束經(jīng)過(guò)1×2端口的分束器后分成兩部分光，一部分光會(huì)聚到電荷耦合元件CCD上，另一部分光入射到光譜儀上。該發(fā)明利用直角棱鏡與平行平板的組合作為光譜調(diào)制器從寬帶激光中選擇分立的波長(zhǎng)，最終不同傳播方向的光譜分量在CCD上呈現(xiàn)分立的點(diǎn)，通過(guò)分立光點(diǎn)的波長(zhǎng)和相對(duì)位置即可計(jì)算寬帶光束的殘余角色散。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、單次、二維測(cè)量超短脈沖激光殘余角色散的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】超短脈沖激光殘余角色散的測(cè)量裝置和測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高功率激光系統(tǒng)，提出一種超短脈沖激光殘余角色散的測(cè)量裝置和測(cè)量方法，主要應(yīng)用于超短脈沖激光殘余角色散的快速、二維測(cè)量。其優(yōu)點(diǎn)是可對(duì)光束的殘余角色散進(jìn)行實(shí)時(shí)、單次、二維的高精度測(cè)量，該項(xiàng)技術(shù)特別適用于超短脈沖激光殘余角色散的測(cè)量、啁啾脈沖放大(CPA)系統(tǒng)中光柵壓縮器平行度的在線校準(zhǔn)等。
【背景技術(shù)】
[0002]超短脈沖激光領(lǐng)域的探索是當(dāng)前國(guó)際上激光高技術(shù)研究的熱點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注。超短脈沖激光的產(chǎn)生過(guò)程包含了大量的時(shí)間、空間控制技術(shù)，故一般情況下超短脈沖激光不可避免地存在時(shí)空畸變，其中尤為嚴(yán)重的是殘余角色散問(wèn)題。
[0003]產(chǎn)生高功率超短脈沖激光常用的技術(shù)是啁啾脈沖放大(CPA)，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:首先，將飛秒量級(jí)的種子脈沖通過(guò)展寬器在時(shí)間上展寬到納秒量級(jí)的啁啾脈沖；然后對(duì)啁啾脈沖進(jìn)行放大，不僅能夠提高能量提取效率，同時(shí)也克服了非線性效應(yīng)；最后，采用與展寬器共軛的平行光柵對(duì)壓縮器對(duì)放大脈沖進(jìn)行壓縮從而獲得高功率超短脈沖激光。該方法中所需的啁啾通過(guò)使用角色散元件產(chǎn)生，如光柵、棱鏡等。啁啾脈沖放大系統(tǒng)中，若展寬器與壓縮器失配或壓縮器中的光柵表面不平行，將導(dǎo)致脈沖激光殘余角色散的產(chǎn)生，從而引起光束的時(shí)空畸變，改變脈沖激光的傳輸特性。
[0004]超短啁啾脈沖放大激光系統(tǒng)中，殘余角色散也存在其他誘因。如振蕩器中棱鏡對(duì)的細(xì)微頂角差異甚至折射面的非平行、光學(xué)元件(如輸出耦合器、晶體、濾色片等)加工過(guò)程的小量模形等。
[0005]當(dāng)超短脈沖激光存在殘余角色散，不同的譜分量將沿不同的方向傳播，從而導(dǎo)致脈沖寬度增加、峰值功率降低、焦斑彌散等。
[0006]目前，人們提出了多種測(cè)量超短脈沖激光殘余角色散的技術(shù)，如馬赫澤德干涉儀法(G.Pretzler, A.Kasper, et al., Appl.Phys.B70, I (2000))、光譜分辨干涉法(SRI)(K.Varju, A.P.Kovacs, et al.，Appl.Phys.B74, S259 (2002))、頻率分辨光學(xué)開(kāi)關(guān)法(S.Akturk, M.Kimmel, et al., Opt.Expressll, 491 (2003))等。但這些方法大多僅僅針對(duì)超短脈沖激光殘余角色散的一維測(cè)量，為了完整地描述超短脈沖激光的殘余角色散，以上方法都必須對(duì)超短脈沖激光進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后測(cè)量。盡管Divoky (M.Divoky, P.Straka, Rev.Sc1.1nstrum.79，123114(2008))提出的技術(shù)有效地避免了光束旋轉(zhuǎn)，但仍需要對(duì)超短脈沖激光進(jìn)行多次測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種超短脈沖激光束殘余角色散的測(cè)量裝置和測(cè)量方法，其最大的優(yōu)點(diǎn)是可對(duì)超短脈沖激光的殘余角色散進(jìn)行實(shí)時(shí)、單次、二維的高精度測(cè)量，結(jié)構(gòu)緊湊且效率高。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:[0009]一種超短脈沖激光殘余角色散的測(cè)量裝置，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括:沿光束行進(jìn)方向依次的第一直角棱鏡、第一平行平板、第二直角棱鏡、第二平行平板、消色差透鏡、分束器、電荷耦合元件(以下簡(jiǎn)稱為CCD)、光譜儀，所述的分束器將光束分為兩部分，一部分會(huì)聚到CCD上，另一部分入射到光譜儀上；所述的第一直角棱鏡與第二直角棱鏡相同；所述的第一平行平板與第二平行平板厚度不同，第一平行平板與第二平行平板垂直放置；所述的第一直角棱鏡的較大的直角面與第一平行平板固定在一起，且所述的第一直角棱鏡較小的直角面與所述的第一平行平板的端面對(duì)齊，所述的第二直角棱鏡的較小的直角面與第二平行平板固定在一起，且所述的第二直角棱鏡較大的直角面與所述的第二平行平板的端面對(duì)齊；所述的CCD放置在所述的消色差透鏡的焦平面；所述的第一平行平板、第二平行平板與直角棱鏡接觸的兩平行表面鍍高反膜，但直角棱鏡與第一平行平板、第二平行平板接觸的區(qū)域不鍍膜。[0010]所述的第一直角棱鏡、第一平行平板、第二直角棱鏡、第二平行平板的材料為玻璃或者石英。
[0011]所述的第一直角棱鏡、第二直角棱鏡中與空氣接觸的直角面鍍?cè)鐾改ぁ?br> [0012]利用所述的超短脈沖激光殘余角色散的測(cè)量裝置進(jìn)行超短脈沖激光殘余角色散的測(cè)量方法，該方法包括以下步驟:
[0013]①將待測(cè)的超短脈沖激光垂直或接近垂直地入射到第一直角棱鏡的直角面上；
[0014]②所述的CCD記錄分立光點(diǎn)的位置，所述的光譜儀對(duì)光點(diǎn)的波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量；
[0015]③對(duì)所述的CCD記錄的分立光點(diǎn)的位置進(jìn)行測(cè)量，取任意兩個(gè)光點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(Xl，yi)、(X2，y2)，相應(yīng)的波長(zhǎng)分別為λ。λ 2，所述的消色差透鏡的焦距為f，則殘余角色散C的分量為:
【權(quán)利要求】
1.一種超短脈沖激光殘余角色散的測(cè)量裝置，特征在于其構(gòu)成包括:沿光束行進(jìn)方向依次的第一直角棱鏡(I)、第一平行平板(2)、第二直角棱鏡(3)、第二平行平板(4)、消色差透鏡(5)、分束器(6)、(XD (7)、光譜儀(8)，所述的分束器(6)將光束分為兩部分，一部分會(huì)聚到CCD (7)上，另一部分入射到光譜儀(8)上；所述的第一直角棱鏡(I)與第二直角棱鏡(3)相同；所述的第一平行平板(2)與第二平行平板(4)厚度不同，第一平行平板(2)與第二平行平板(4)垂直放置；所述的第一直角棱鏡(I)的較大的直角面與第一平行平板(2)固定在一起，且所述的第一直角棱鏡(I)較小的直角面與所述的第一平行平板(2)的端面對(duì)齊，所述的第二直角棱鏡(3)的較小的直角面與第二平行平板(4)固定在一起，且所述的第二直角棱鏡(3)較大的直角面與所述的第二平行平板(4)的端面對(duì)齊；所述的CCD (7)放置在所述的消色差透鏡(5)的焦平面；所述的第一平行平板(2)、第二平行平板(4)與直角棱鏡接觸的兩平行表面鍍高反膜，但直角棱鏡與第一平行平板(2)、第二平行平板(4)接觸的區(qū)域不鍍膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短脈沖激光殘余角色散的測(cè)量裝置，其特征在于所述的第一直角棱鏡(I)、第一平行平板(2)、第二直角棱鏡(3)、第二平行平板(4)的材料為玻璃或者石英。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短脈沖激光殘余角色散的測(cè)量裝置，其特征在于所述的第一直角棱鏡(I)、第二直角棱鏡(3 )中與空氣接觸的直角面鍍?cè)鐾改ぁ?br> 4.利用權(quán)利要求1所述的超短脈沖激光殘余角色散的測(cè)量裝置進(jìn)行超短脈沖激光殘余角色散的測(cè)量方法，該方法包括以下步驟: ①將待測(cè)的超短脈沖激光垂直或接近垂直地入射到第一直角棱鏡(I)的直角面上； ②所述的CCD(7)記錄分立光點(diǎn)的位置，所述的光譜儀(8)對(duì)光點(diǎn)的波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量； ③對(duì)所述的CCD(7)記錄的分立光點(diǎn)的位置進(jìn)行測(cè)量，取任意兩個(gè)光點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(Xl，yi)、(X2，y2)，相應(yīng)的波長(zhǎng)分別為λ。λ2，所述的消色差透鏡(5)的焦距為f，則殘余角色散C的分量為:
【文檔編號(hào)】G01J9/00GK103604509SQ201310613251
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】崔勇, 李朝陽(yáng), 單炯, 楊學(xué)東, 王韜, 徐光 , 馬偉新, 戴亞平, 朱儉 申請(qǐng)人:上海激光等離子體研究所