頻率線性啁啾脈衝分束與整形裝置的製作方法

2023-07-01 18:58:11 3

專利名稱：頻率線性啁啾脈衝分束與整形裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及體全息光柵的波分復用與整形技術，更具體地說，是涉及ー種頻率線性啁啾脈衝分束與整形裝置。
背景技術：
超短脈衝雷射具有高時間解析度和豐富的頻譜等特點，在強場物理、超快成像和雷射光譜學等領域得到廣泛應用。由於寬光譜特性，人們可使用稜鏡或光柵等光學色散元件對啁啾脈衝進行整形。體全息光柵是ー種衍射光學元件，由於具有光學並行傳輸和處理、無幹擾交叉傳輸、光束三維傳播自由度以及空間和頻率的多維復用等優點，具有高衍射效率和大的信息容量從而在光學存儲和彩色全息倍受關注外，在脈衝雷射濾波和整型方面成為近期的研究熱點。在 D.E.Leaird, A.M.Weiner, Femtosecond direct space-to-timepulse shapingin an integrated-optic configuration, Opt.Lett.2004, 29:1551-1553.的期幹丨J 中，Leaird等人提出時域Fourier變換進行整形的方法，將光柵與透鏡共同組成零色散脈衝壓縮4f系統，入射超短光脈衝的各頻率成分由第一塊光柵在空間被色散開，然後由透鏡聚焦到其後焦平面上形成衍射極限光斑，空間光調製器對各Fourier分量進行調製，第二個透鏡和光柵合成為單ー準直光束，獲得整形的輸出脈衝。但是，現有技術中超短脈衝雷射具有很寬的頻譜，凸透鏡會帶來嚴重的色差，導致輸出脈衝波形不理想。另外空間光調製器的損傷域值低，大功率的超短脈衝入射會損壞而不能進行光學相位調製，而且實驗中用多個分離的光學元件，對光路調節精度要求高，穩定性不好，這些缺點限制了 4F結構的應用。

發明內容
針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的是提供一種頻率線性啁啾脈衝分束與
整形裝置。為達到上述目的，本發明採用如下的技術方案:一種頻率線性啁啾脈衝分束與整形裝置，包括:一組復用體全息光柵，由多個記錄在同一空間內的體全息光柵組成，其光柵矢量方向不同，光柵厚度和光柵間距相同，用於將入射啁啾脈衝分成多路不同方向和中心頻率不同的啁啾脈衝；ー組整形體全息光柵，由多個記錄在不同空間位置的體全息光柵組成，其光柵間距不同，光柵矢量和光柵厚度相同，用於對分離的多路線性啁啾脈衝進行整形；以及一塊光折變晶體平板，復用體全息光柵和整形體全息光柵都集成在該平板內，可為單摻雜鈮酸鋰晶體，雙摻雜鈮酸鋰晶體；並且復用體全息光柵的光柵矢量與傳播方向的夾角度線性遞增，整形體全息光柵的光柵間距也線性遞增。與現有技術相比，採用本發明的頻率線性啁啾脈衝分束與整形裝置，包括ー塊光折變晶體平板和多個體全息光柵；所有的體全息光柵分為兩組，都按照一定規律記錄在光折變晶體平板內，一組為多路復用體全息光柵，其光柵矢量方向不同，其他特徵參數相同，另ー組為整形體全息光柵，其光柵間距不同，其他特徵參數相同，分別放置在每路啁啾脈衝雷射後面對脈衝進行整形。本發明將分束用和整形用的體全息光柵都集成於單塊光折變晶體平板內，結構緊湊，穩定可靠，將體全息光柵的波分解復用技術和整形技術有機結合，可對一般啁啾脈衝雷射脈衝實現頻移和整形，尤其適用於大能量高功率的啁啾脈衝系統。本發明的頻率線性啁啾脈衝分束與整形裝置通過復用體全息光柵將線性啁啾脈衝分束，同時利用體全息光柵的布拉格衍射特性，控制輸出脈衝的波形及中心頻率，實現了對頻率線性啁啾雷射脈衝的整形。所使用的光折變晶體平板將諸多體全息光柵有效集成，實現了兩種功能器件優化組合的微小化光學集成系統，尤其適應於光通訊器件小型化和集成化發展的需要。


圖1是本發明的頻率線性啁啾脈衝分束與整形裝置的原理示意圖；圖2是本發明實施例的頻率線性啁啾脈衝分束與整形裝置示意圖；圖3是本發明的復用體全息光柵的衍射脈衝光譜強度分布圖；圖4是本發明的整形體全息光柵的衍射脈衝光譜強度分布圖；其中，I為入射頻率線性啁啾脈沖，2為光折變晶體平板，3為復用體全息光柵，4為整形體全息光柵，5為輸出啁啾脈衝。
具體實施例方式下面結合附圖以及實施例進ー步說明本發明的技術方案。請參閱圖1、圖2所示的一種頻率線性啁啾脈衝分束與整形裝置，包括入射頻率線性啁啾脈衝1，一組復用體全息光柵3和ー組整形體全息光柵4，都集成在光折變晶體平板2內，經過分束和整形後輸出中心頻率和光譜寬度不同的啁啾脈衝5。設入射脈衝為垂直偏振的線性啁啾高斯脈衝，中心波長為1.06iim，線性啁啾係數C = 2，入射角為10.18°，復用體全息光柵3包含三個體全息光柵VGtll, VG02, VGtl3，它們的光柵矢量與z軸的夾角分別取為89.8°，90° ,90.2°，光柵厚度都為d=lmm，光柵間距都為A =3 m。根據體光柵衍射的布拉格條件，體全息光柵VGtll, VG02, VG03分別對中心波長1.04iim、l.06iim、l.08iim 的衍射效率最大，衍射角分別為 9.98° ,10.18° ,10.38°，衍射光譜Etll, E02, E03的強度分布如圖3所示。整形體全息光柵4包括三個光柵間距不同體全息光柵VGn，VG12, VG13，光柵厚度都為1mm，光柵矢量與z軸夾角90°，光柵間距分別為0.5 y m，I y m，1.5 y m，分別放置在啁啾脈衝Etll, E02, E03的後面，分別對其進行整形，整形後的出射光束分別為En，E12, E13，其衍射譜強度分布如圖4所示，衍射譜寬發生變化，中心波長1.04y m的譜寬最窄，而中心波長
1.08 u m的最寬。因此，ー線性啁啾高斯脈衝光束經過本發明的頻率線性啁啾脈衝分束與整形裝置後，變成中心波長分別為1.04 u m, 1.06 u m, 1.08 u m的三個脈衝，而且整形後的光譜寬度也發生相應的變化，實現啁啾脈衝雷射的整形。上述的一束任意線偏振方向的高斯型線性啁啾脈衝，其光場分布為:
權利要求
1.一種頻率線性啁啾脈衝分束與整形裝置，其特徵在於，包括: 光折變晶體平板； 復用體全息光柵，設於光折變晶體平板內，由若干個記錄在同一空間內的體全息光柵組成，其光柵矢量方向不同，光柵厚度和光柵間距相同，用於將入射啁啾脈衝分成多路不同方向和中心頻率不同的啁啾脈衝； 整形體全息光柵，設於光折變晶體平板內，由若干個記錄在不同空間位置的體全息光柵組成，其光柵間距不同，光柵矢量和光柵厚度相同，用於對經過復用體全息光柵分離後的多路線性啁啾脈衝進行整形。
2.根據權利要求1所述的頻率線性啁啾脈衝分束與整形裝置，其特徵在於: 所述光折變晶體平板為單摻雜鈮酸鋰晶體或雙摻雜鈮酸鋰晶體。
全文摘要
本發明公開了一種頻率線性啁啾脈衝分束與整形裝置，包括光折變晶體平板、復用體全息光柵以及整形體全息光柵，復用體全息光柵的光柵矢量方向不同，其他特徵參數相同，整形體全息光柵的光柵間距不同，其他特徵參數相同，它們分別放置在每路啁啾脈衝雷射後面對脈衝進行整形。本發明將復用體全息光柵以及整形體全息光柵都集成於單塊光折變晶體平板內，結構緊湊，穩定可靠，將全息光柵的波分解復用技術和整形技術有機結合，可對一般啁啾脈衝雷射脈衝實現頻移和整形，尤其適用於大能量高功率的啁啾脈衝系統。
文檔編號G02B27/44GK103091858SQ201310016390
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月16日 優先權日2013年1月16日
發明者閆愛民, 陳慧麗, 石旺舟, 胡志娟, 朱瑞興 申請人:上海師範大學