專利名稱：實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)激光脈沖寬度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種關(guān)于實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)激光脈沖寬度的裝置，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(shí)間寬度，應(yīng)用于激光研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在強(qiáng)激光的一些重要應(yīng)用中，例如激光核聚變(ICF)物理實(shí)驗(yàn)或光學(xué)參量放大(OPA)物理實(shí)驗(yàn)中，要求激光脈沖具有不同的時(shí)間寬度，并且脈沖的時(shí)間寬度可以在比較大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)調(diào)節(jié)。目前使用的典型時(shí)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(qiáng)激光的傳輸與控制》，呂百達(dá)，324)，它使鎖模激光振蕩器產(chǎn)生的脈沖經(jīng)過傳輸和選單脈沖，在進(jìn)入時(shí)間整形系統(tǒng)前為一個(gè)脈寬50ps的平頂線偏振脈沖，經(jīng)過調(diào)節(jié)裝置后疊加成時(shí)間寬度較寬的整形脈沖。最后輸出整形后的是寬脈沖。輸出脈沖的寬度可以根據(jù)它的調(diào)節(jié)裝置中的階梯反射鏡對(duì)不同子束的不同延時(shí)而實(shí)現(xiàn)。
在上述的裝置中，脈沖寬度不能夠?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)，脈沖時(shí)間寬度展寬時(shí)不能夠同時(shí)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
本實(shí)用新型為克服上述在先技術(shù)中所存在的不足，提供一種實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)激光脈沖寬度的裝置，利用一臺(tái)腔長(zhǎng)可變化的激光諧振腔作為脈沖堆積器，在其中進(jìn)行激光脈沖疊加堆積，形成所需要的時(shí)間寬度的激光脈沖，并可以同時(shí)將脈沖參量放大后輸出。其光路的布置如圖1所示。
本實(shí)用新型的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)激光脈沖寬度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。采用激光諧振腔21作為脈沖堆積器，激光諧振腔21由第一激光腔片16和第二激光腔片22構(gòu)成，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，第一激光腔片16或第二激光腔片22的位置能夠前后移動(dòng)，即激光諧振腔21的腔長(zhǎng)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)，所說的探頭15在激光諧振腔21外對(duì)著第一激光腔片16置放。如圖1所示。
如上所述，本實(shí)用新型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％)。利用組成的激光諧振腔21作為脈沖堆積器。激光腔片16和22構(gòu)成的激光諧振腔21的有效腔長(zhǎng)為L(zhǎng)。在激光諧振腔21內(nèi)的光路中檢偏振片18作為檢偏器。可以調(diào)節(jié)檢偏振片18，能夠使之檢偏性被調(diào)弱。對(duì)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或第一激光腔片16可以沿激光腔軸線前后移動(dòng)以調(diào)節(jié)激光諧振腔21的腔長(zhǎng)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(gè)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，注入激光諧振腔21中。啟動(dòng)普克爾盒17的工作流程，使多個(gè)脈沖在激光諧振腔中相互疊加。當(dāng)激光諧振腔的腔長(zhǎng)L(光程長(zhǎng)度)和脈沖列的脈沖間隔T所決定的空間長(zhǎng)度相等時(shí)，例如脈沖在激光諧振腔中來回一次的時(shí)間和脈沖列中脈沖的時(shí)間間隔T相等(T＝2L/c，c是真空中的光速)，一個(gè)脈沖在腔內(nèi)來回振蕩一次后，將和后繼射入激光諧振腔21的一個(gè)脈沖完全重疊。這樣經(jīng)過多次振蕩后就有多個(gè)脈沖在激光諧振腔21中完全重疊在一起，形成一個(gè)疊加的大脈沖。如果激光諧振腔21的腔長(zhǎng)L和脈沖列中脈沖間隔T所決定的空間長(zhǎng)度有些不相等，在激光諧振腔21中來回振蕩的脈沖之間將相應(yīng)產(chǎn)生時(shí)間延遲，導(dǎo)致疊加的大脈沖展寬。當(dāng)激光諧振腔21中被引入的激光脈沖的數(shù)目一定時(shí)，最終疊加的大脈沖的寬度由激光諧振腔21的腔長(zhǎng)L決定，因此可以通過調(diào)節(jié)激光諧振腔21的腔長(zhǎng)L來實(shí)時(shí)得到所需要的脈沖時(shí)間寬度。當(dāng)T＝2L/c時(shí)，疊加的大脈沖的寬度最短。脈沖在激光諧振腔21中來回振蕩疊加展寬和放大后，經(jīng)過一定的時(shí)間T0后獲得放大飽和，一般T0＞＞T，因此進(jìn)入激光諧振腔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(shí)間寬度調(diào)節(jié)范圍內(nèi)保持光滑。經(jīng)過T0時(shí)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(shí)間整形脈沖。因?yàn)楣馐钠穹较蚋淖?，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，使得激光諧振腔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(gè)脈沖從檢偏振片18反射入激光諧振腔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諧振腔21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諧振腔21中振蕩放大和疊加。當(dāng)在激光諧振腔21中疊加脈沖放大后，達(dá)到需要的脈沖強(qiáng)度時(shí)，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(shí)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觀察脈沖在激光諧振腔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(shí)測(cè)量獲得的脈沖時(shí)間寬度，確定是否是所需要的脈沖寬度。
在本實(shí)用新型的裝置中，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入射到激光諧振腔21中，從激光諧振腔21輸出的光則逆方向行進(jìn)而從起偏振片11反射導(dǎo)出。根據(jù)激光工作波長(zhǎng)的不同，裝置中各種光學(xué)元件需要和工作波長(zhǎng)對(duì)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。在本實(shí)用新型的裝置中，放大介質(zhì)19的工作波長(zhǎng)與激光光源的工作波長(zhǎng)一致，可以是摻鈦藍(lán)寶石晶體，摻釹玻璃或摻釹釔鋁石榴石晶體等。
上述激光脈沖寬度的調(diào)節(jié)，其結(jié)構(gòu)如圖1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(dòng)普克爾盒17，使得脈沖列注入到激光諧振腔21中。(2)激光諧振腔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)使激光諧振腔21的腔長(zhǎng)L(光程長(zhǎng)度)和脈沖列的脈沖間隔T所決定的空間長(zhǎng)度相等，即脈沖在激光諧振腔中來回一次的時(shí)間和脈沖列中脈沖的時(shí)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(shí)，激光諧振腔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觀察脈沖在激光諧振腔21中的脈沖放大和加寬過程，測(cè)量脈沖的時(shí)間寬度，用沿激光腔長(zhǎng)度軸線前后移動(dòng)第二激光腔片22，獲得所需要的放大后的脈沖時(shí)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(qiáng)時(shí)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(shí)可以獲得所需要的放大的激光脈沖。
與先技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有顯著的特點(diǎn)(1)采用激光諧振腔21作為脈沖堆積器。而在先技術(shù)中是利用階梯反射鏡實(shí)現(xiàn)脈沖延時(shí)和堆積。(2)通過調(diào)節(jié)激光諧振腔21的腔長(zhǎng)，使得輸出脈沖時(shí)間寬度可以連續(xù)實(shí)時(shí)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(shí)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(shí)間寬度不可能展得太寬。(4)利用激光諧振腔21可以對(duì)脈沖同時(shí)進(jìn)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為本實(shí)用新型的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)激光脈沖寬度裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為實(shí)施本實(shí)用新型的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)激光脈沖寬度裝置所得的結(jié)果圖示。
具體實(shí)施方式
應(yīng)用如圖1所示的結(jié)構(gòu)，采用摻鈦藍(lán)寶石連續(xù)鎖模激光器作為激光光源10輸出波長(zhǎng)為1064nm，頻率為76MHz的連續(xù)鎖模脈沖列，每個(gè)脈沖寬度約120fs，經(jīng)過光柵對(duì)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反射后注入激光諧振腔21中，其脈沖間隔T＝13ns。在激光諧振腔21中采用閃光燈泵浦的摻釹玻璃棒作為放大介質(zhì)19，激光諧振腔21的初始腔長(zhǎng)L設(shè)置為1973.7mm(光程長(zhǎng)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(shí)間間隔T0設(shè)定為7784ns，一共有接近600個(gè)脈沖在激光諧振腔21內(nèi)振蕩放大疊加。當(dāng)沿激光諧振腔軸線連續(xù)移動(dòng)激光腔片22拉長(zhǎng)激光諧振腔時(shí)，獲得了時(shí)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2)，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(duì)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1.一種實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)激光脈沖寬度的裝置，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)，其特征在于用激光諧振腔(21)作為脈沖堆積器，激光諧振腔(21)由第一激光腔片(16)和第二激光腔片(22)構(gòu)成，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)，第一激光腔片(16)或第二激光腔片(22)的位置能夠前后移動(dòng)；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)，所說的探頭(15)在激光諧振腔(21)外對(duì)著第一激光腔片(16)置放，輸出連接到示波器(9)上。
專利摘要一種實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)激光脈沖寬度的裝置，是利用一臺(tái)腔長(zhǎng)可變化的激光諧振腔作為脈沖堆積器，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(zhǎng)變化，可以獲得輸出的脈沖時(shí)間寬度是連續(xù)可變的，與在先技術(shù)相比，本實(shí)用新型的裝置不僅能夠獲得大范圍的連續(xù)實(shí)時(shí)可調(diào)節(jié)的激光脈沖時(shí)間寬度，同時(shí)還能獲得展寬后放大的脈沖能量。
文檔編號(hào)H01S3/10GK2569377SQ0226691
公開日2003年8月27日 申請(qǐng)日期2002年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月6日
發(fā)明者冷雨欣, 林禮煌, 陸海鶴, 楊曉東, 徐至展 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所