啁啾脈衝放大系統中壓縮器的光柵調節方法
2023-05-24 02:28:31 2
專利名稱：啁啾脈衝放大系統中壓縮器的光柵調節方法
技術領域：
本發明屬於雷射器領域，具體涉及一種啁啾脈衝放大系統中壓縮器的光柵調節方法。本發明主要適用於應用啁啾脈衝放大技術的高功率超短脈衝雷射裝置。
背景技術：
在高能量、高功率的啁啾脈衝放大裝置中，雷射通過壓縮器後，光束質量很難保證，經常導致遠場焦斑很差，需要用變形鏡進行補償，但是補償後的結果也很難達到理想效果。目前世界上已經建成的大型超短脈衝雷射裝置，例如英國盧瑟福實驗室超短雷射裝置Vulcan，得到的是長條形光斑；美國密西根大學的45TW鈦寶石雷射系統，在沒使用變形鏡矯正波面前，得到的是散亂的焦斑；還有德國的MPQ裝置在未使用變形鏡性前，得到的焦斑也都很差，極大的降低了雷射遠場功率密度。日本原子能研究所M.Aoyama等人在美國光學快報2003年28卷發表的題目為「0.85-PW，33-fs鈦寶石雷射」(0.85-PW，33-fs Tisapphire laser)的文章中提到的焦斑為長條形。
發明內容
為了克服現有的壓縮器內光柵的調節技術的缺陷，本發明提供一種用於啁啾脈衝放大系統中壓縮器內光柵的調節方法，使雷射通過壓縮器後得到近傅立葉變換極限的脈寬和近衍射極限的焦斑。
本發明的一種啁啾脈衝放大系統中壓縮器的光柵調節方法，其特點在於包括以下步驟a.將雷射脈寬與遠場同步監測系統設置在雷射壓縮器輸出光路中；b.通過觀察雷射脈寬與遠場同步監測系統得到的雷射脈衝的脈衝寬度信號調節壓縮器內光柵的距離和角度，使脈衝寬度達到較窄範圍；c.通過觀察雷射脈寬與遠場同步監測系統得到的遠場焦斑的情況來調節壓縮器內光柵刻線方向，得到較小的雷射遠場焦斑；d.重複步驟b、c，直到使脈衝寬度和遠場焦斑達到最佳效果。
本發明的雷射脈寬與遠場同步監測系統包括分光鏡、聚焦透鏡、顯微物鏡、科學級面陣CCD、自相關儀、微機系統。
聚焦透鏡、顯微物鏡和科學級面陣CCD位於分光鏡之後依次排布，科學級面陣CCD與微機系統連接；自相關儀位於分光鏡之前，與微機系統連接。
本發明針對雷射的時空特性進行監測，進而對壓縮器內光柵刻線進行調節，可有效地改善雷射脈衝寬度和遠場。
在壓縮器粗調之後，在壓縮器輸出光路中利用分光鏡將光分成兩束，前表面反射一束，通過分光鏡一束，前表面反射光用自相關儀接收，用來監測脈寬，透射光經透鏡聚焦後，再經顯微物鏡放大後由科學級面陣CCD接收，用來監測雷射脈衝的遠場變化情況。通過觀察自相關儀(6)傳輸到微機顯示器的脈寬信息，來細微調節壓縮器光柵(G1、G2)距離和角度，觀察科學級面陣CCD傳輸到微機系統所顯示的遠場信息，調節光柵G2刻線方向，反覆觀察脈寬和遠場的情況來調節光柵(G1、G2)距離、角度和光柵表面刻線方向，直至雷射脈寬和遠場達到要求，此時壓縮器調節完畢。
採用本發明的方法調節壓縮器，較好地克服了壓縮後雷射遠場焦斑變差的問題，得到了近衍射極限的聚焦光斑。
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
圖1為本發明的啁啾脈衝放大系統中壓縮器的光柵調節方法採用的雷射脈寬與遠場同步監測系統的光路示意圖。
圖中，壓縮器內壓縮光柵(G1、G2) 2.帶分光鏡 3.長焦透鏡 4.顯微物鏡 5.科學級面陣CCD 6.自相關儀。
具體實施例方式
本發明的一種用於啁啾脈衝放大系統中壓縮器的光柵調節方法，通過雷射脈寬與遠場同步監測系統監測雷射脈衝時空特性的變化，進而對光柵的角度、距離和刻線方向進行調節，得到近傅立葉變換極限的脈寬和近衍射極限的焦斑。
本發明的調節方法主要包括以下步驟步驟1 將雷射脈寬與遠場同步監測系統設置在雷射壓縮器輸出光路中。將光柵(G1、G2)按一定距離平行設置在壓縮器內，將雷射脈寬與遠場同步監測系統的分光鏡(2)放置在壓縮器輸出光路中。分光鏡(2)前表面鍍反射率為90％的高反射膜，後表面為透過率為99％以上的高透射膜。利用該分光鏡(2)將光分成兩束，前表面有一定角度(30°～60°)反射，反射光直接由雷射脈寬與遠場同步監測系統的寬帶自相關儀(6)接收，接收信號由微機系統顯示，可直接觀察雷射脈寬信息。自相關儀(6)的測量中心波長為800nm。透射光經過雷射脈寬與遠場同步監測系統的透鏡(3)聚焦，透鏡(3)前後表面都鍍中心波長800nm寬帶高透射膜。聚焦後的雷射再經顯微物鏡(4)放大到科學級面陣CCD(5)上，科學級面陣CCD(5)圖象傳輸到微機系統的顯示器上，可直接觀察遠場焦斑的信息。
步驟2 觀察自相關儀(6)傳輸到微機顯示器的脈寬信息，調節光柵G2與光柵G1之間的距離和角度，直至連接自相關儀(6)的微機系統所顯示的相關信號最窄，即脈寬最窄。
步驟3 觀察與科學級面陣CCD(5)連接的微機系統顯示器顯示的焦斑信息，調節光柵G2的刻線方向改善焦斑質量，直至焦斑變圓，達到較小。
步驟4 重複步驟2、3，觀察此時自相關儀(6)傳輸到微機顯示器的脈寬信息，通過精細調節光柵G2與光柵G1之間的距離和角度，使脈寬達到最窄；然後觀察與科學級面陣CCD(5)連接的微機系統顯示器顯示的焦斑信息，調節光柵G2的刻線方向改善焦斑質量，直至焦斑變圓，達到最小。
通過觀察脈寬和遠場情況來反覆調節光柵G2與光柵G1之間的距離和角度和光柵G2表面刻線的方向，直到雷射脈衝的脈衝寬度和雷射遠場焦斑達到最佳，至此壓縮器調節完畢。
採用本發明的調節方法，我們在SILEX-I超短脈衝雷射系統中的壓縮器後得到了近傅立葉變換極限的脈寬和近衍射極限的焦斑，脈寬為29.7fs，同時得到了5.7um的焦斑。
權利要求
1.一種啁啾脈衝放大系統中壓縮器的光柵調節方法，其特徵在於包括以下步驟a.將雷射脈寬與遠場同步監測系統設置在雷射壓縮器輸出光路中；b.通過觀察雷射脈寬與遠場同步監測系統得到的雷射脈衝的脈衝寬度信息，即時調節壓縮器內光柵(G1、G2)的距離和角度，使脈衝寬度達到較窄範圍；c.通過觀察雷射脈寬與遠場同步監測系統得到的遠場焦斑的信息，即時調節壓縮器內光柵G2刻線方向，以得到較小的雷射遠場焦斑；d.重複步驟b、c，直到使脈衝寬度和遠場焦斑達到最佳效果。
2.根據權利要求1所述的啁啾脈衝放大系統中壓縮器的光柵調節方法，其特徵在於所述的雷射脈寬與遠場同步監測系統包括分光鏡(2)、聚焦透鏡(3)、顯微物鏡(4)、科學級面陣CCD(5)、自相關儀(6)、微機系統；聚焦透鏡(3)、顯微物鏡(4)和科學級面陣CCD(5)位於分光鏡(2)之後依次排布，科學級面陣CCD(5)與微機系統連接；自相關儀(6)位於分光鏡(2)之前，與微機系統連接。
全文摘要
本發明的一種用於啁啾脈衝放大系統中壓縮器的光柵調節方法，通過雷射脈寬與遠場同步監測系統監測雷射脈衝時空特性的變化，進而對光柵的角度、距離和刻線方向進行調節，較好地克服了壓縮後雷射遠場焦斑變差的問題，極大的提高了雷射遠場功率密度。得到近傅立葉變換極限的脈寬和近衍射極限的焦斑。
文檔編號G02F1/35GK1713061SQ20051002066
公開日2005年12月28日 申請日期2005年3月31日 優先權日2005年3月31日
發明者周凱南, 王逍, 彭翰生, 魏曉峰, 黃小軍, 郭儀, 王曉東, 劉蘭琴, 曾小明, 朱啟華, 林東輝, 張小民, 徐冰 申請人:中國工程物理研究院雷射聚變研究中心