專利名稱：激光脈沖時間寬度調(diào)節(jié)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種關(guān)于激光脈沖時間寬度調(diào)節(jié)的裝置，主要適用于調(diào)節(jié)以連續(xù)鎖模脈沖列作為種子源的輸出脈沖的時間寬度，應(yīng)用于激光研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在強激光的一些重要應(yīng)用中，例如激光核聚變(ICF)物理實驗或光學(xué)參量放大(OPA)物理實驗中，要求激光脈沖具有不同的時間寬度，并且脈沖的時間寬度可以在比較大的范圍內(nèi)實現(xiàn)實時連續(xù)調(diào)節(jié)。目前使用的典型時間整形裝置主要是利用脈沖堆積的形式。在在先技術(shù)中，Miyanaga N和Nakatsuka M等人在Gekko XII激光系統(tǒng)中提供了一種典型調(diào)節(jié)裝置(《強激光的傳輸與控制》，呂百達，324)，其光路布置見圖1所示。鎖模激光振蕩器產(chǎn)生的脈沖經(jīng)過傳輸和選單脈沖，在進入時間整形系統(tǒng)前為一個脈寬50ps的平頂線偏振脈沖，入射到反射鏡1上，經(jīng)過反射鏡1反射后透過偏振片2和1/4波片4，變成圓偏振光，經(jīng)過透鏡5和透鏡6擴束為平行光束，入射到反射鏡7上，然后通過反射鏡7反射到階梯反射鏡8上。階梯反射鏡8上有16個階梯，使得光束入射到階梯反射鏡8上分成16路平行子束沿原路反射，使得每一路受到不同的延時。16路子束被反射鏡7反射，通過透鏡6和透鏡5縮到原來的口徑，疊加成時間寬度較寬的整形脈沖。然后通過1/4波片4使得圓偏振光變?yōu)榕c入射脈沖偏振垂直的線偏振光，從偏振片2反射到反射鏡3上輸出整形后的寬脈沖。輸出脈沖的寬度可以根據(jù)階梯反射鏡8對不同子束的不同延時而實現(xiàn)。
在上述的裝置中，脈沖寬度不能夠?qū)崟r調(diào)節(jié)，脈沖時間寬度展寬時不能夠同時將激光脈沖的能量放大，疊加的子束數(shù)目有限，使得脈沖寬度的調(diào)節(jié)范圍有限，而且在脈沖寬度增加后可能導(dǎo)致脈沖成為梳子狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為克服上述在先技術(shù)中所存在的不足，提供一種激光脈沖時間寬度的調(diào)節(jié)裝置，利用一臺腔長可變化的激光器作為脈沖堆積器，在其中進行激光脈沖疊加堆積，形成所需要的時間寬度的激光脈沖，并可以同時將脈沖參量放大后輸出。其光路的布置如圖2所示。
本發(fā)明的激光脈沖時間寬度調(diào)節(jié)的裝置主要包括激光光源10和由起偏振片11，45°法拉第旋光器12和45°旋光片14構(gòu)成的單向器13，輸出連接到示波器9上的探頭15。采用激光器21作為脈沖堆積器，激光器21包括由第一激光腔片16和第二激光腔片22構(gòu)成的激光諧振腔21，激光諧振腔21內(nèi)置有放大介質(zhì)19，在第一激光腔片16與放大介質(zhì)19之間的激光諧振腔21內(nèi)置有普克爾盒17，在普克爾盒17與放大介質(zhì)19之間的激光諧振腔21內(nèi)置有表面與激光諧振腔21中心軸線成57°角置放的檢偏振片18，在放大介質(zhì)19與第二激光腔片22之間的激光諧振腔21內(nèi)置有小孔光闌20，構(gòu)成激光諧振腔21的第一激光腔片16與第二激光腔片22之間的距離即激光諧振腔21的腔長是可以調(diào)節(jié)的；由激光光源10發(fā)射的種子激光脈沖通過單向器13后射到激光諧振腔21內(nèi)的檢偏振片18上導(dǎo)入激光諧振腔21內(nèi)，在激光諧振腔21外對著第一激光腔片16置放輸出連接到示波器9上的探頭15。如圖2所示。
如上所述，本發(fā)明裝置包括第一激光腔片16(反射率為99％)，普克爾盒17，檢偏振片18，放大介質(zhì)19，小孔光闌20和第二激光腔片22(反射率＞99％)組成一個激光器21。利用這個激光器21作為脈沖堆積器。激光腔片16和22構(gòu)成的激光諧振腔的有效腔長為L。在激光器21的光路中檢偏振片18作為檢偏器?？梢哉{(diào)節(jié)檢偏振片18，能夠使之檢偏性能被調(diào)弱。對于反射率為99％的第一激光腔片16(或22)有小于1％的漏光。第二激光腔片22可以沿激光腔軸線前后移動以調(diào)節(jié)激光器21的腔長L。脈沖可以在激光諧振腔中的第一激光腔片16與第二激光腔片22之間來回振蕩放大。小孔光闌20用于限制振蕩放大光束。起偏振片11作為起偏器，和45°法拉第旋光器12，45°旋光片14組成一個單向器13，其中45°法拉第旋光器12和45°旋光片14旋光性能聯(lián)合作用，使得入射偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90°。來自激光光源10的連續(xù)激光鎖模脈沖列經(jīng)過單向器13中的起偏振片11，法拉第旋光器12和45°旋光片14入射到檢偏振片18上。通過檢偏振片18檢偏后，注入激光器21中。啟動普克爾盒17的工作流程，使多個脈沖在激光諧振腔中相互疊加。當(dāng)激光諧振腔的腔長L(光程長度)和脈沖列的脈沖間隔T所決定的空間長度相等時，例如脈沖在激光諧振腔中來回一次的時間和脈沖列中脈沖的時間間隔T相等(T＝2L/c，c是真空中的光速)，一個脈沖在腔內(nèi)來回振蕩一次后，將和后繼射入激光器21的一個脈沖完全重疊。這樣經(jīng)過多次振蕩后就有多個脈沖在激光器21的諧振腔中完全重疊在一起，形成一個疊加的大脈沖。如果激光器21的腔長L和脈沖列中脈沖間隔T所決定的空間長度有些不相等，在激光器21的諧振腔中來回振蕩的脈沖之間將相應(yīng)產(chǎn)生時間延遲，導(dǎo)致疊加的大脈沖展寬。當(dāng)激光器21中被引入的激光脈沖的數(shù)目一定時，最終疊加的大脈沖的寬度由激光器21的諧振腔的腔長L決定，因此可以通過調(diào)節(jié)激光器21的諧振腔的腔長L來實時得到所需要的脈沖時間寬度。當(dāng)T＝2L/c時，疊加的大脈沖的寬度最短。脈沖在激光器21的諧振腔中來回振蕩疊加展寬和放大后，經(jīng)過一定的時間T0后獲得放大飽和，一般T0＞＞T，因此進入激光器21的總的脈沖數(shù)n＝T0/T可以很大，所以疊加而成的大脈沖可以在比較大的時間寬度調(diào)節(jié)范圍內(nèi)保持光滑。經(jīng)過T0時間后，普克爾盒17工作，使得疊加放大后的脈沖通過檢偏振片18按照原光路的逆方向入射到單向器13中，即在其路徑中通過45°旋光片14和45°法拉第旋光器12后，由起偏振片11反射輸出放大后的疊加的時間整形脈沖。因為光束的偏振方向改變，不再透過起偏振片11，而是被起偏振片11反射導(dǎo)出。
普克爾盒17的工作程序是首先，在普克爾盒17上施加1/4波電壓，使得激光器21在放大介質(zhì)19泵浦期間，不能形成振蕩，處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)一個脈沖從檢偏振片18反射入激光器21內(nèi)，通過普克爾盒17，經(jīng)第一激光腔片16反射后又一次經(jīng)過普克爾盒17，偏振方向改變，脈沖可以透過檢偏振片18，立即使普克爾盒17上施加的電壓為0。這樣激光脈沖就可以在激光器21的諧振腔內(nèi)來回振蕩，獲得放大。由于檢偏振片18的偏振性能被調(diào)弱，存在一定的漏光，使得后繼的脈沖也可以在激光器21中振蕩放大和疊加。當(dāng)在激光器21中疊加脈沖放大后，達到需要的脈沖強度時，又給普克爾盒17施加1/4波電壓，并注意調(diào)節(jié)加電壓的時刻，使得放大后的疊加脈沖2次通過普克爾盒17，偏振方向改變，由檢偏振片18反射導(dǎo)出。
采用單向器13是使得輸入脈沖和輸出脈沖分開。在第一激光腔片16后面的探頭15利用漏光(小于1％的透過率)用以置放探頭15觀察脈沖在激光器21中的振蕩放大過程，探頭15的輸出顯示在示波器9上，同時測量獲得的脈沖時間寬度，確定是否是所需要的脈沖寬度。
在本發(fā)明的裝置中，起偏振片11，法拉第旋光器12和45°旋光片14組成一組單向器13，使得入射的激光可以沿起偏振片11，法拉第旋光器12和45°旋光片14入射到激光器21中，從激光器21輸出的光則逆方向行進而從起偏振片11反射導(dǎo)出。根據(jù)激光工作波長的不同，裝置中各種光學(xué)元件需要和工作波長對應(yīng)。而法拉第旋光器12和45°旋光片14可以換成普克爾盒，同樣可以產(chǎn)生單向器的效果。在本發(fā)明的裝置中，放大介質(zhì)19的工作波長與激光光源的工作波長一致，可以是摻鈦藍寶石晶體，摻釹玻璃或摻釹釔鋁石榴石晶體等。
上述激光脈沖時間寬度的調(diào)節(jié)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，具體調(diào)節(jié)步驟如上所述(1)使得通過起偏振片11起偏后的連續(xù)鎖模偏振脈沖列通過法拉第旋光器12和45°旋光片14入射到檢偏振片18上，并啟動普克爾盒17，使得脈沖列注入到激光器21中。(2)激光器21是采用第一激光腔片16，第二激光腔片22，檢偏振片18，小孔光闌20，放大介質(zhì)19和普克爾盒17建立的，作為脈沖堆積器，調(diào)節(jié)使激光器21的諧振腔腔長L(光程長度)和脈沖列的脈沖間隔T所決定的空間長度相等，即脈沖在激光諧振腔中來回一次的時間和脈沖列中脈沖的時間間隔T相等(T＝2L/c，c是真空中的光速)。當(dāng)沒有種子激光束注入時，激光器21中不存在振蕩光。(3)當(dāng)種子激光束注入后，通過探頭15和示波器9觀察脈沖在激光器21中的脈沖放大和加寬過程，測量脈沖的時間寬度，用沿激光腔長度軸線前后移動第二激光腔片22，獲得所需要的放大后的脈沖時間寬度。(4)最后由設(shè)定的普克爾盒的工作程序，使得放大的脈沖在最強時從檢偏振片18導(dǎo)出，通過45°旋光片14和法拉第旋光器12被起偏振片11反射導(dǎo)出。此時可以獲得所需要的放大的激光脈沖。
與先技術(shù)相比，本發(fā)明具有顯著的特點(1)采用激光器21作為脈沖堆積器。而在先技術(shù)中是利用階梯反射鏡實現(xiàn)脈沖延時和堆積。(2)通過調(diào)節(jié)激光器21諧振腔的腔長，使得輸出脈沖時間寬度可以連續(xù)實時調(diào)節(jié)。而在先技術(shù)中，階梯反射鏡確定后脈沖寬度就固定不變。(3)由于是大量脈沖在激光諧振腔中疊加，輸出脈沖時間寬度可調(diào)節(jié)的范圍大。而在先技術(shù)中，由于采用的階梯反射鏡的分光束的數(shù)目很少，為了使得疊加后的脈沖不發(fā)生分裂，脈沖時間寬度不可能展得太寬。(4)利用激光器21可以對脈沖同時進行放大。在先技術(shù)中，展寬后的脈沖能量不能得到放大。


圖1為在先技術(shù)激光脈沖時間寬度調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的激光脈沖時間寬度調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為實施本發(fā)明的激光脈沖時間寬度調(diào)節(jié)裝置所得的結(jié)果。
具體實施例方式應(yīng)用如圖2所示的結(jié)構(gòu)，采用摻鈦藍寶石連續(xù)鎖模激光器輸出的1064nm，76MHz連續(xù)鎖模脈沖列，每個脈沖寬度約120fs，經(jīng)過光柵對脈沖展寬器展寬后得到～0.3ns的連續(xù)鎖模脈沖列作為輸入種子脈沖列，經(jīng)過起偏振片11，法拉第旋光器12和45°旋光片14被檢偏振片18反射后注入激光器21中，其脈沖間隔T＝13ns。在激光器21中采用閃光燈泵浦的摻釹玻璃棒作為放大介質(zhì)19，激光器21諧振腔的初始腔長L設(shè)置為1973.7mm(光程長度)，和輸入的76MHz連續(xù)鎖模脈沖列的脈沖間隔T＝13ns匹配(T＝2L/c)。普克爾盒17工作的時間間隔T0設(shè)定為7784ns，一共有接近600個脈沖在激光器21內(nèi)振蕩放大疊加。當(dāng)沿激光腔軸線連續(xù)移動激光腔片22拉長激光腔時，獲得了時間寬度連續(xù)可變的放大脈沖，調(diào)節(jié)范圍可以從～0.3ns到～2.2ns(見圖3)，脈沖形狀保持光滑。在圖3中，橫軸表示第二激光腔片22的相對于第一激光腔片16的位置，讀數(shù)越大，越靠近第二激光腔片22的初始位置。
權(quán)利要求
1.一種激光脈沖時間寬度調(diào)節(jié)的裝置，包括激光光源(10)和由起偏振片(11)，45°法拉第旋光器(12)和45°旋光片(14)構(gòu)成的單向器(13)，輸出連接到示波器(9)上的探頭(15)，其特征在于用激光器(21)作為脈沖堆積器，激光器(21)包括由第一激光腔片(16)和第二激光腔片(22)構(gòu)成的激光諧振腔(21)，激光諧振腔(21)內(nèi)置有放大介質(zhì)(19)，在第一激光腔片(16)與放大介質(zhì)(19)之間的激光諧振腔(21)內(nèi)置有普克爾盒(17)，在普克爾盒(17)與放大介質(zhì)(19)之間的激光諧振腔(21)內(nèi)置有表面與激光諧振腔(21)中心軸線成57°角置放的檢偏振片(18)，在放大介質(zhì)(19)與第二激光腔片(22)之間的激光諧振腔(21)內(nèi)置有小孔光闌(20)，構(gòu)成激光諧振腔(21)的第一激光腔片(16)與第二激光腔片(22)之間的距離即激光諧振腔(21)的腔長是可以調(diào)節(jié)的；由激光光源(10)發(fā)射的種子激光脈沖通過單向器(13)后射到激光諧振腔(21)內(nèi)的檢偏振片(18)上導(dǎo)入激光諧振腔(21)內(nèi)，在激光諧振腔(21)外對著第一激光腔片(16)置放輸出連接到示波器(9)上的探頭(15)。
全文摘要
一種激光脈沖時間寬度調(diào)節(jié)的裝置,是利用一臺腔長可變化的激光器作為脈沖堆積器,主要包括由激光光源發(fā)射的種子激光脈沖,通過單向器射到置放在由兩激光腔片構(gòu)成的激光諧振腔內(nèi)的檢偏振片上導(dǎo)入激光諧振腔內(nèi),激光脈沖在激光諧振腔內(nèi)來回振蕩,經(jīng)過放大介質(zhì)的放大和脈沖的疊加,通過調(diào)節(jié)激光諧振腔的腔長變化,可以獲得輸出的脈沖時間寬度是連續(xù)可變的,與在先技術(shù)相比,本發(fā)明的裝置不僅能夠獲得大范圍的連續(xù)實時可調(diào)節(jié)的激光脈沖時間寬度,同時還能獲得展寬后的脈沖能量是放大的。
文檔編號H01S3/107GK1375896SQ02111139
公開日2002年10月23日 申請日期2002年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月22日
發(fā)明者冷雨欣, 林禮煌, 陸海鶴, 楊曉東, 徐至展 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所