CN100385331C - 基于双池受激布里渊散射系统的激光脉冲整形装置和方法 - Google Patents

Abstract

基于双池受激布里渊散射系统的激光脉冲整形装置和方法，它涉及激光脉冲时间整形技术领域，它解决了现有的脉冲整形方法及其装置成本高、采用精密电子器件多、承受功率密度低及灵活性差的问题。脉冲激光器(1)输出的偏振光分束后其中一束依次经第三1/4波片(13)、缩束系统(14)等后输入到第二介质池(17)的一端；另一束经过第二偏振片(4)、第一全反镜(5)等后输入到第一介质池(8)中产生Stokes种子光，Stokes种子光沿原路返回到第二偏振片(4)的输入端，再经第二偏振片(4)透射后输入到第二介质池(17)的另一端；通过调整可调衰减片(10)的透过率来改变Stokes种子光的能量，便可以在第三偏振片处得到平顶、脉冲前沿高、脉冲后沿高等不同的脉冲波形。

Description

基于双池受激布里渊散射系统的激光脉冲整形装置和方法

技术领域

本发明涉及激光脉冲时间整形技术领域，具体是涉及一种采用独立双池受激布里渊散射系统进行激光脉冲整形的装置及其方法。

背景技术

激光脉冲的时间整形在惯性约束聚变和激光加工上有着重要的应用价值。美国劳仑斯利弗莫尔国家实验室、罗彻斯特大学激光力能实验室，日本大板大学激光工程研究所及中国上海光机所和高功率激光物理国家实验室等在激光脉冲时间整形方面进行了大量研究。目前的整形方案主要集中在普克尔盒削波、集成光学波导调制器、光纤堆砌器、时空变换系统等方面。这些方法存在着成本高、采用精密电子器件多、承受功率密度低的弊端。公开号为CN1740889的中国专利“利用两次受激布里渊散射光限幅获得平顶光束的方法”虽然利用了两次受激布里渊散射来进行光限幅获得平顶光束，但是它无法利用同一装置获得多种光脉冲波形，而且当入射光能量改变时其装置不便于调整。

发明内容

为了解决现有的脉冲整形方法及其装置成本高、采用精密电子器件多、承受功率密度低及灵活性差的问题，本发明提供了一种基于双池受激布里渊散射系统的激光脉冲整形装置和方法。

本发明的整形装置由脉冲激光器、1/2波片、第一偏振片、第二偏振片、第一全反镜、第一1/4波片、第一凸透镜、第一介质池、第二全反镜、可调衰减片、第三偏振片、第二1/4波片、第三1/4波片、缩束系统、第三全反镜、第四全反镜和第二介质池组成，脉冲激光器输出的偏振光依次经过1/2波片和第一偏振片后分为两束光，一束光依次经过第三1/4波片、缩束系统、第三全反镜、第四全反镜后入射到第二介质池的一端，另一束光依次经过第二偏振片、第一全反镜、第一1/4波片、第一凸透镜后入射到第一介质池中产生Stokes种子光，所述Stokes种子光沿原路返回到第二偏振片的光输入端，所述Stokes种子光经第二偏振片透射后依次经过第二全反镜、可调衰减片、第三偏振片、第二1/4波片后入射到第二介质池的另一端。

本发明的整形方法按以下步骤进行：

一、脉冲激光器输出的偏振光由1/2波片和第一偏振片分束，转动1/2波片的角度调整分束比；

二、经过上述第一步后从第一偏振片的光输出端获得的一束透射偏振光依次经过第三1/4波片、缩束系统后入射到第三全反镜的光输入端，此偏振光由第三全反镜和第四全反镜改变光路后入射到第二介质池的一端；

三、经过上述第一步后从第一偏振片的光输入端获得的另一束反射偏振光输入到第二偏振片的光输入端，此偏振光经第二偏振片反射后入射到第一全反镜的光输入端，此偏振光由第一全反镜改变光路后垂直入射到第一1/4波片的光输入端，从第一1/4波片的光输出端获得的光束经第一凸透镜聚焦后入射到第一介质池中并产生Stokes种子光；

四、上述第三步产生的Stokes种子光依次经过第一凸透镜、第一1/4波片、第一全反镜后输入到第二偏振片的光输入端，此Stokes种子光透过第二偏振片后入射到第二全反镜的光输入端，经第二全反镜改变光路后此Stokes种子光再经过可调衰减片入射到第三偏振片的光输入端，在第三偏振片的光输出端获得的透射光通过第二1/4波片入射到第二介质池的另一端，调整所述可调衰减片的透过率来改变所述Stokes种子光的能量，从第二介质池的两端分别入射的两束光的光轴相互重合；

五、入射到第二介质池两端的光束在第二介质池中相互作用，由第四全反镜反射的一路光从介质池的一端透射到介质池的另一端，在此过程中这路光经过与从第二介质池的另一端入射的Stokes种子光相互作用后从第二介质池的另一端输出，上述从第二介质池的另一端输出的光经第二1/4波片改变偏振态后由第三偏振片反射出，所述由第三偏振片反射出的光即为具有所需脉冲波形的光。上述所有偏振片按布鲁斯特角放置。

本发明的装置具有以下优点：(1)结构较简单；(2)全部采用光学元件；(3)它可以应用在高功率、大能量的工作条件下。本发明的方法使用和调整简单，且采用本发明的方法可以获得平顶、脉冲前沿高或脉冲后沿高等不同的脉冲波形。

附图说明

图1是本发明脉冲整形装置的整体结构示意图；图2是示波器纪录的输入脉冲波形；图3是利用本发明得到的平顶脉冲波形；图4是利用本发明得到的脉冲后沿高的波形；图5是利用本发明得到的脉冲前沿高的波形。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1所示，本具体实施方式的整形装置由脉冲激光器1、1/2波片2、第一偏振片3、第二偏振片4、第一全反镜5、第一1/4波片6、第一凸透镜7、第一介质池8、第二全反镜9、可调衰减片10、第三偏振片11、第二1/4波片12、第三1/4波片13、缩束系统14、第三全反镜15、第四全反镜16和第二介质池17组成，脉冲激光器1输出的偏振光依次经过1/2波片2和第一偏振片3后分为两束光，一束光依次经过第三1/4波片13、缩束系统14、第三全反镜15、第四全反镜16后入射到第二介质池17的一端17-1，另一束光依次经过第二偏振片4、第一全反镜5、第一1/4波片6、第一凸透镜7后入射到第一介质池8中产生Stokes种子光，所述Stokes种子光沿原路返回到第二偏振片4的光输入端，所述Stokes种子光经第二偏振片4透射后依次经过第二全反镜9、可调衰减片10、第三偏振片11、第二1/4波片12后入射到第二介质池17的另一端17-2。

本具体实施方式的整形方法按以下步骤进行：

一、脉冲激光器1输出的偏振光由1/2波片2和第一偏振片3分束，转动1/2波片2的角度调整分束比；二、经过上述第一步后从第一偏振片3的光输出端获得的一束透射偏振光依次经过第三1/4波片13、缩束系统14后入射到第三全反镜15的光输入端，此偏振光由第三全反镜15和第四全反镜16改变光路后入射到第二介质池17的一端17-1；三、经过上述第一步后从第一偏振片3的光输入端获得的另一束反射偏振光输入到第二偏振片4的光输入端，此偏振光经第二偏振片4反射后入射到第一全反镜5的光输入端，此偏振光由第一全反镜5改变光路后垂直入射到第一1/4波片6的光输入端，从第一1/4波片6的光输出端获得的光束经第一凸透镜7聚焦后入射到第一介质池8中并产生Stokes种子光；四、上述第三步产生的Stokes种子光依次经过第一凸透镜7、第一1/4波片6、第一全反镜5后输入到第二偏振片4的光输入端，此Stokes种子光透过第二偏振片4后入射到第二全反镜9的光输入端，经第二全反镜9改变光路后此Stokes种子光再经过可调衰减片10入射到第三偏振片11的光输入端，在第三偏振片11的光输出端获得的透射光通过第二1/4波片12入射到第二介质池17的另一端17-2，调整所述可调衰减片10的透过率来改变所述Stokes种子光的能量，通过调节第三全反镜15和第四全反镜16的角度来使从第二介质池17的两端分别入射的两束光的光轴相互重合；五、入射到第二介质池17两端的光束在第二介质池17中相互作用，由第四全反镜16反射的一路光从介质池17的一端17-1透射到介质池17的另一端17-2，在此过程中这路光经过与从第二介质池17的另一端17-2入射的Stokes种子光相互作用后从第二介质池17的另一端17-2输出，上述从第二介质池17的另一端17-2输出的光经第二1/4波片12改变偏振态后由第三偏振片11反射出，所述由第三偏振片11反射出的光即为具有所需脉冲波形的光。上述所有偏振片按布鲁斯特角放置。

在本具体实施方式中，由1/2波片2和第一偏振片3所分成的两束光分别到达第二介质池17的光程差为0～120cm，且到达第二介质池17的另一端17-2的光程小于等于到达第二介质池17的一端17-1的光程，用以保证两路光在第二介质池17中能够有一定程度的相互作用，步骤一中转动1/2波片2的角度使经过第一偏振片3透射和反射的两路光分束比为1∶1～5∶1，由于1/2波片2和第一偏振片3所分成的两束光的光程差不同时，需要调整的分束比也不相同，例如当上述光程差大约为0cm时，分束比可以为1∶1～2∶1，当上述光程差大约为120cm时，分束比可以为4∶1～5∶1；所述缩束系统14由第二凸透镜14-1和凹透镜14-2组成，缩束比为2∶1～3∶1，其作用是使入射光斑大小与另一路Stokes光斑大小近似相等，从第三1/4波片13输出的偏振光输入到第二凸透镜14-1的光输入端，从第二凸透镜14-1的光输出端输出端光通过凹透镜14-2缩束后入射到第三全反镜15的光输入端；所述脉冲激光器1输出的为单纵模偏振光，其可以是线偏振光、椭圆偏振光或圆偏振光，其脉冲时间波形为高斯型或者近高斯型，其脉宽为5～10ns，能量大于5mJ；所述第一凸透镜7的焦距为10～15cm；所述第一介质池8的长度为20～40cm，所述第二介质池17的长度为60～80cm，第一介质池8和第二介质池17使用相同的布里渊介质，即使用CCl₄、FC72、FC75等布里渊介质；所述可调衰减片10用来调整Stokes种子光的能量，其透过率的可调范围为0.1～0.95；所述第三偏振片11用来提取出射光。

具体实施方式二：参见图1、图2和图3，本具体实施方式采用具体实施方式一中所述的整形装置及整形方法时，输入如图2所示的脉冲波形，调节由1/2波片2和第一偏振片3所分成的两束光分别到达第二介质池17的光程差为0cm，步骤一中转动1/2波片2的角度使经过第一偏振片3透射和反射的两路光的分束比为1∶1～2∶1，调整衰减片10的透过率为0.50～0.70，即可获得如图3所示的平顶波形。

具体实施方式三：参见图1、图2和图3，本具体实施方式采用具体实施方式一中所述的整形装置及整形方法时，输入如图2所示的脉冲波形，调节由1/2波片2和第一偏振片3所分成的两束光分别到达第二介质池17的光程差为120cm，步骤一中转动1/2波片2的角度使经过第一偏振片3透射和反射的两路光的分束比为4∶1～5∶1，调整衰减片10的透过率为0.50～0.70，也可获得如图3所示的平顶波形。

具体实施方式四：参见图1、图2和图4，本具体实施方式采用具体实施方式一中所述的整形装置及整形方法时，输入如图2所示的脉冲波形，调节由1/2波片2和第一偏振片3所分成的两束光分别到达第二介质池17的光程差为0cm，步骤一中转动1/2波片2的角度使经过第一偏振片3透射和反射的两路光的分束比为1∶1～2∶1，调整衰减片10的透过率为0.70～0.95，即可获得如图4所示的脉冲后沿高的波形。

具体实施方式五：参见图1、图2和图4，本具体实施方式采用具体实施方式一中所述的整形装置及整形方法时，输入如图2所示的脉冲波形，调节由1/2波片2和第一偏振片3所分成的两束光分别到达第二介质池17的光程差为120cm，步骤一中转动1/2波片2的角度使经过第一偏振片3透射和反射的两路光的分束比为4∶1～5∶1，调整衰减片10的透过率为0.70～0.95，也可获得如图4所示的脉冲后沿高的波形。

具体实施方式六：参见图1、图2和图5，本具体实施方式采用具体实施方式一中所述的整形装置及整形方法时，输入如图2所示的脉冲波形，调节由1/2波片2和第一偏振片3所分成的两束光分别到达第二介质池17的光程差为0cm，步骤一中转动1/2波片2的角度使经过第一偏振片3透射和反射的两路光的分束比为1∶1～2∶1，调整衰减片10的透过率为0.1～0.5，即可获得如图5所示的脉冲前沿高的波形。

具体实施方式七：参见图1、图2和图5，本具体实施方式采用具体实施方式一中所述的整形装置及整形方法时，输入如图2所示的脉冲波形，调节由1/2波片2和第一偏振片3所分成的两束光分别到达第二介质池17的光程差为120cm，步骤一中转动1/2波片2的角度使经过第一偏振片3透射和反射的两路光的分束比为4∶1～5∶1，调整衰减片10的透过率为0.1～0.5，也可获得如图5所示的脉冲前沿高的波形。

Claims (10)

1.基于双池受激布里渊散射系统的激光脉冲整形装置，其特征在于所述整形装置由脉冲激光器(1)、1/2波片(2)、第一偏振片(3)、第二偏振片(4)、第一全反镜(5)、第一1/4波片(6)、第一凸透镜(7)、第一介质池(8)、第二全反镜(9)、可调衰减片(10)、第三偏振片(11)、第二1/4波片(12)、第三1/4波片(13)、缩束系统(14)、第三全反镜(15)、第四全反镜(16)和第二介质池(17)组成，脉冲激光器(1)输出的偏振光依次经过1/2波片(2)和第一偏振片(3)后分为两束光，一束光依次经过第三1/4波片(13)、缩束系统(14)、第三全反镜(15)、第四全反镜(16)后入射到第二介质池(17)的一端(17-1)，另一束光依次经过第二偏振片(4)、第一全反镜(5)、第一1/4波片(6)、第一凸透镜(7)后入射到第一介质池(8)中产生Stokes种子光，所述Stokes种子光沿原路返回到第二偏振片(4)的光输入端，所述Stokes种子光经第二偏振片(4)透射后依次经过第二全反镜(9)、可调衰减片(10)、第三偏振片(11)、第二1/4波片(12)后入射到第二介质池(17)的另一端(17-2)。

2.基于双池受激布里渊散射系统的激光脉冲整形方法，其特征在于所述整形方法按以下步骤进行：

一、脉冲激光器(1)输出的偏振光由1/2波片(2)和第一偏振片(3)分束，转动1/2波片(2)的角度调整分束比；

二、经过上述第一步后从第一偏振片(3)的光输出端获得的一束透射偏振光依次经过第三1/4波片(13)、缩束系统(14)后入射到第三全反镜(15)的光输入端，此偏振光由第三全反镜(15)和第四全反镜(16)改变光路后入射到第二介质池(17)的一端(17-1)；

三、经过上述第一步后从第一偏振片(3)的光输入端获得的另一束反射偏振光输入到第二偏振片(4)的光输入端，此偏振光经第二偏振片(4)反射后入射到第一全反镜(5)的光输入端，此偏振光由第一全反镜(5)改变光路后垂直入射到第一1/4波片(6)的光输入端，从第一1/4波片(6)的光输出端获得的光束经第一凸透镜(7)聚焦后入射到第一介质池(8)中并产生Stokes种子光；

四、上述第三步产生的Stokes种子光依次经过第一凸透镜(7)、第一1/4波片(6)、第一全反镜(5)后输入到第二偏振片(4)的光输入端，此Stokes种子光透过第二偏振片(4)后入射到第二全反镜(9)的光输入端，经第二全反镜(9)改变光路后此Stokes种子光再经过可调衰减片(10)入射到第三偏振片(11)的光输入端，在第三偏振片(11)的光输出端获得的透射光通过第二1/4波片(12)入射到第二介质池(17)的另一端(17-2)，调整所述可调衰减片(10)的透过率来改变所述Stokes种子光的能量，从第二介质池(17)的两端分别入射的两束光的光轴相互重合；

五、入射到第二介质池(17)两端的光束在第二介质池(17)中相互作用，由第四全反镜(16)反射的一路光从介质池(17)的一端(17-1)透射到介质池(17)的另一端(17-2)，在此过程中这路光经过与从第二介质池(17)的另一端(17-2)入射的Stokes种子光相互作用后从第二介质池(17)的另一端(17-2)输出，上述从第二介质池(17)的另一端(17-2)输出的光经第二1/4波片(12)改变偏振态后由第三偏振片(11)反射出，所述由第三偏振片(11)反射出的光即为具有所需脉冲波形的光。

3.根据权利要求2所述的基于双池受激布里渊散射系统的激光脉冲整形方法，其特征在于所有偏振片按布鲁斯特角放置。

4.根据权利要求2所述的基于双池受激布里渊散射系统的激光脉冲整形方法，其特征在于所述缩束系统(14)由第二凸透镜(14-1)和凹透镜(14-2)组成，缩束比为2∶1～3∶1，从第三1/4波片(13)输出的偏振光输入到第二凸透镜(14-1)的光输入端，从第二凸透镜(14-1)的光输出端输出的光通过凹透镜(14-2)缩束后入射到第三全反镜(15)的光输入端。

5.根据权利要求2、3或4所述的基于双池受激布里渊散射系统的激光脉冲整形方法，其特征在于所述可调衰减片(10)的透过率的可调范围为0.1～0.95。

6.根据权利要求2、3或4所述的基于双池受激布里渊散射系统的激光脉冲整形方法，其特征在于所述脉冲激光器(1)输出的为单纵模偏振光，所述单纵模偏振光为线偏振光、椭圆偏振光或圆偏振光。

7.根据权利要求2、3或4所述的基于双池受激布里渊散射系统的激光脉冲整形方法，其特征在于由1/2波片(2)和第一偏振片(3)所分成的两束光分别到达第二介质池(17)的光程差为0～120cm，且到达第二介质池(17)的另一端(17-2)的光程小于等于到达第二介质池(17)的一端(17-1)的光程。

8.根据权利要求2、3或4所述的基于双池受激布里渊散射系统的激光脉冲整形方法，其特征在于所述第一介质池(8)和第二介质池(17)使用相同的布里渊介质。

9.根据权利要求7所述的基于双池受激布里渊散射系统的激光脉冲整形方法，其特征在于步骤一中转动1/2波片(2)的角度使经过第一偏振片(3)透射和反射的两路光分束比为1∶1～5∶1。

10.根据权利要求8所述的基于双池受激布里渊散射系统的激光脉冲整形方法，其特征在于所述第一介质池(8)和第二介质池(17)所使用布里渊介质为CCl₄、FC72、FC75中的一种。

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