CN101017305A - 平行光栅对的调节方法 - Google Patents

Abstract

一种用于激光超短脉冲平行光栅对压缩器的平行光栅对的调节方法。本发明方法具有设备简易，操作简单，精度高，不受光栅之间空间限制等优点。

Description

平行光栅对的调节方法

技术领域

本发明涉及激光超短脉冲压缩器，特别是一种用于激光超短脉冲平行光栅对压缩器的平行光栅对的调节方法。本发明调节光栅对平行的操作简单，精度高，不受光栅之间空间限制等优点。

背景技术

超短超强激光科学以超短超强激光的发展，超短超强激光与物质的相互作用以及在交叉学科和相关高技术领域中的前沿基础研究为研究对象，是重要的科学前沿领域。超短超强激光系统是超短超强激光科学领域研究的基本设备。

世界上现有的超短超强激光系统大部分是基于啁啾脉冲放大技术。啁啾脉冲放大技术充分考虑到超短激光脉冲的宽光谱特性，用啁啾量调节脉冲的宽度，从而使激光装置结构更为紧凑，同时激光器输出的峰值功率也得到大幅度提高。“啁啾”就是指在时域脉冲的不同部位具有不同的光频率，频域内的啁啾将通过傅立叶变换影响到脉冲的时域形状。该技术的基本思路是，先在超短脉冲中引入正啁啾，使脉冲展宽，经过激光介质放大后，再利用压缩器提供合适的负啁啾，抵消脉冲中的原有的啁啾，压缩脉宽回到超短脉冲，得到高功率脉冲。先展宽再压缩的目的是，降低激光介质的非线性破坏的可能性，同时充分利用放大介质的增益带宽，有效地从放大器中提取能量。

平行光栅对压缩器是目前超强超短激光系统最合适也是使用最广的压缩器。平行光栅对压缩器是由E.B.Treacy于1969年提出的[E.B.Treacy，IEEEJ.Quantum Electron.QE-5，454(1969)]。其结构如图1所示，由两个平行设置的第一光栅1、第二光栅2及一个折返镜3组成。种子脉冲光入射至第一光栅1，经衍射后至第二光栅2，在与入射光平行的方向出射，至折返镜3反射后沿原光路返回。

平行光栅对压缩器中，需实现第一光栅1和第二光栅2的平行。在先技术中，人们是借助一台准直光源4和一块平板玻璃6来调节光栅对的平行。其调整步骤是：第一步，如图2所示，调节准直光源4，使准直光源4发出的光经第一光栅1反射之后返回小孔光阑5，即调节准直光源4发出的光与第一光栅1垂直；第二步，如图3所示，在准直光源4和第一光栅1之间插入平板玻璃6，调节平板玻璃6使准直光源4发出的光经平板玻璃6反射之后返回小孔光阑5，以调节平板玻璃6与准直光源4发出的光垂直；第三步，如图4所示，将准直光源4和小孔光阑5移到平板玻璃6和第一光栅1之间，调节准直光源4，使准直光源4发出的光经平板玻璃6反射之后返回小孔光阑5，即调节准直光源4发出的光与平板玻璃6垂直；第四步，如图5所示，首先根据理论计算粗略估计第二光栅2的摆放位置，然后平移平板玻璃6，使平板玻璃6的位置与原位置相比更靠近第二光栅2，调节平板玻璃6，使得准直光源4发出的光经平板玻璃6反射之后返回小孔5，即调节平板玻璃6与准直光源4发出的光垂直；第五步，如图6所示，平移准直光源4和小孔光阑5，使得准直光源4的位置与原位置相比更靠近第二光栅2，调节准直光源4，使准直光源4发出的光经平板玻璃6反射之后返回小孔光阑5，即调节准直光源4发出的光与平板玻璃6垂直；第六步，如图7所示，卸下平板玻璃6，安装上第二光栅2，调节第二光栅2使准直光源4发出的光经第二光栅2反射之后返回小孔5，即调节第二光栅2与准直光源4发出的光垂直。至此，可以认为实现了第一光栅1与第二光栅2的平行。值得说明的是，该方法对平板玻璃6两个表面的平行度有严格要求，需要两个表面严格平行。

本在先技术的缺点是：

1、所使用的平板玻璃的面积可能很大，不可避免会发生变形。使平板玻璃上每一个点的法线方向不尽相同。这直接导致调节精度劣化；

2、所使用的平板玻璃的面积尽管很大，但平板玻璃的面积仍有限。所以该方法只适用于两个光栅没有在空间上横向错开或者横向错开距离较小的情况。当两个光栅横向错开距离较大的时候，必须多次重复上述步骤四和步骤五。这样由于误差积累，将使得光栅对的平行度受到很大影响，严重影响压缩脉冲的宽度并引入空间啁啾；

3、通常光栅对之间垂直距离有限，很难安置太多的光学元件。勉强安装，也会因为空间距离太小，而使调节精度下降。

发明内容

本发明的目的在于克服上述在先技术的局限性或不足，提供一种平行光栅对压缩器的间接调节方法。该方法应操作简单、精度高、不受光栅间的空间大小的限制。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于平行光栅对压缩器的平行光栅对的调节方法，特点是该方法所涉及的元器件包括：一台准直光源、第一小孔光阑、第二小孔光阑、第三小孔光阑、第四小孔光阑、固定有一平面反射镜和一部分反射/透射镜的支架、平面全反镜、待调整的第一光栅、第二光栅和折返镜，所述的支架上的平面反射镜的反射平面与所述的部分反射/透射镜的透射光路成45°，使入射光束经该平面反射镜后，出射光束的方向与入射光束的方向成90°，该方法包括如下步骤：

①在待调整的平行光栅对的入射光束方向设置准直光源，将第一小孔光阑设定在平行光栅对压缩器的平行光栅需要的高度上，做为高度标准，利用该第一小孔光阑调整准直光源，使准直光源发出的光束保持水平，并用这个水平光束调整所有的第一小孔光阑、第二小孔光阑、第三小孔光阑、第四小孔光阑，以确保所有的小孔光阑等高；

②在准直光源发出的水平光束的光路上固定第一小孔光阑和第二小孔光阑，使水平光束穿过第一小孔光阑和第二小孔光阑，以确定定位光路，做为未来待压缩光的入射方向；

③在所述的定位光路的第一小孔光阑和第二小孔光阑之间插入所述的支架，使所述支架上的平面反射镜与所述的定位光路成45°，使定位光路发生接近直角的偏折，由所述的部分反射/透射镜的部分反射形成的光斑与第一小孔光阑相重合；

④在所述的部分反射/透射镜的透射光路上以适当的间距设置第三小孔光阑和第四小孔光阑，并使透射光束穿过所述的第三小孔光阑和第四小孔光阑；

⑤将所述的支架从光路中撤离；

⑥在定位光路中原平面反射镜的位置上放置所述的平面全反镜，精调该平面全反镜，使光束重新穿过第三小孔光阑和第四小孔光阑，恢复光路；

⑦再将所述的支架插入光路的第三小孔光阑和第四小孔光阑之间，使支架上的部分反射/透射镜正对光束入射方向，细调所述的支架的角度，使准直光束被所述的部分反射/透射镜所反射的光斑与第三小孔光阑相重合；

⑧在所述的支架的平面反射镜的反射光束方向的合适位置设置平行光栅对压缩器的折返镜，细调该折返镜，确保由该折返镜反射的光束沿原光路返回并穿过第三小孔光阑和第一小孔光阑；

⑨撤离所述的支架，沿所述的第一小孔光阑和第二小孔光阑引入待压缩光，在穿过第一小孔光阑和第二小孔光阑的压缩光路上按需要的角度放置第一光栅，在第一光栅的衍射光方向设置第二光栅，调节第二光栅的角度和位置，使经所述的折返镜反射的光束返回并穿过第二小孔光阑和第一小孔光阑，即完成第一光栅和第二光栅的平行光栅对的调整。

所述的第一光栅与待压缩光之间所需的夹角，由待压缩光所含的啁啾量确定，一旦啁啾量发生变化，修正第一光栅与待压缩光之间的夹角之后，只要细调第二光栅在水平面内的角度，令经过折返镜反射的光能返回第一小孔光阑，即完成第二光栅与第一光栅对的调整。

与在先技术相比，本发明具有以下显著特点：

(1)本发明方法的操作简单，精度高。

(2)本发明对光栅对之间的空间及布局没有限制。

(3)光栅的平行精度不受光栅本身偏差(如光栅的伏仰和倾斜)的影响。

(4)本发明所使用的器件都是实验室的常用器件，容易获得，无需特意制备。

附图说明

图1光栅对压缩器结构简图

图2～图7为现有的典型平行光栅对调节方法示意图。

图8～图12为本发明平行光栅对的调节方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

请参见图8～图12，图8～图12为本发明平行光栅对的调节方法的示意图。本发明平行光栅对的调节方法，该方法所涉及的元器件包括：一台准直光源4、第一小孔光阑5、第二小孔光阑7、第三小孔光阑11、第四小孔光阑12、固定有一平面反射镜9和一部分反射/透射镜10的支架8、平面全反镜13、待调整的第一光栅1、第二光栅2和折返镜3，所述的支架8上的平面反射镜9的反射平面与所述的部分反射/透射镜10的透射光路成45°，使入射光束经该平面反射镜9后，出射光束的方向与入射光束的方向成90°，该方法包括如下步骤：

①在待调整的平行光栅对的入射光束方向设置准直光源4，将第一小孔光阑5设定在平行光栅对压缩器的平行光栅需要的高度上，做为高度标准，利用该第一小孔光阑5调整准直光源4，使准直光源4发出的光束保持水平，并用这个水平光束调整所有的第一小孔光阑5、第二小孔光阑7、第三小孔光阑、第四小孔光阑，以确保所有的小孔光阑等高；

②在准直光源4发出的水平光束的光路上固定第一小孔光阑5和第二小孔光阑7，使水平光束穿过第一小孔光阑5和第二小孔光阑7，以确定定位光路，做为未来待压缩光的入射方向，如图8；

③在所述的定位光路的第一小孔光阑5和第二小孔光阑7之间插入所述的支架8，如图9所示，使所述支架8上的平面反射镜9与所述的定位光路成45°，使定位光路发生接近直角的偏折，由所述的部分反射/透射镜10的部分反射形成的光斑与第一小孔光阑5相重合；

④在所述的部分反射/透射镜10的透射光路上以适当的间距设置第三小孔光阑11和第四小孔光阑12，参见图9，并使透射光束穿过所述的第三小孔光阑11和第四小孔光阑12；

⑤将所述的支架8从光路中撤离；

⑥在定位光路中，原平面反射镜9的位置上放置所述的平面全反镜13，精调该平面全反镜13，如图10所示，使光束重新穿过第三小孔光阑11和第四小孔光阑12，恢复光路；

⑦再将所述的支架8插入光路的第三小孔光阑11和第四小孔光阑12之间，如图11所示，使支架8上的部分反射/透射镜10正对光束入射方向，细调所述的支架8的角度，使准直光束被所述的部分反射/透射镜10所反射的光斑与第三小孔光阑11相重合；

⑧在所述的支架8的平面反射镜9的反射光束方向的合适位置设置平行光栅对压缩器的折返镜3，细调该折返镜3，确保由该折返镜3反射的光束沿原光路返回并穿过第三小孔光阑11和第一小孔光阑5；

⑨撤离所述的支架8，沿所述的第一小孔光阑5和第二小孔光阑7引入待压缩光，在穿过第一小孔光阑5和第二小孔光阑7的压缩光路上按需要的角度放置第一光栅1，在第一光栅1的衍射光方向设置第二光栅2，调节第二光栅2的角度和位置，使经所述的折返镜3反射的光束返回并穿过第二小孔光阑7和第一小孔光阑5，即完成第一光栅1和第二光栅2的平行光栅对的调整，参见图12。

第一光栅1与待压缩光之间所需的夹角，由待压缩光所含的啁啾量确定。一旦啁啾量发生变化，修正第一光栅1与待压缩光之间的夹角之后，只要细调第二光栅2在水平面内的角度，令经过折返镜3反射的光能返回光阑5，即可维持第二光栅2与第一光栅1的平行。

此外，在精度要求较低的情况下，在支架8上的平面反射镜9和部分反射/透射镜10整体可由一个45°直角棱镜替代。以斜边替代平面反射镜9，以一直角边替代部分反射/透射镜10。

Claims (2)

1、一种用于平行光栅对压缩器的平行光栅对的调节方法，特征在于该方法所涉及的元器件包括：一台准直光源(4)、第一小孔光阑(5)、第二小孔光阑(7)、第三小孔光阑(11)、第四小孔光阑(12)、固定有一平面反射镜(9)和一部分反射/透射镜(10)的支架(8)、平面全反镜(13)、待调整的第一光栅(1)、第二光栅(2)和折返镜(3)，所述的支架(8)上的平面反射镜(9)的反射平面与所述的部分反射/透射镜(10)的透射光路成45°，使入射光束经该平面反射镜(9)后的光束的方向与入射光束的方向成90°，该方法包括如下步骤：

①在待调整的平行光栅对的入射光束方向设置准直光源(4)，将第一小孔光阑(5)设定在平行光栅对压缩器的平行光栅需要的高度上，做为高度标准，利用该第一小孔光阑(5)调整准直光源(4)，使准直光源(4)发出的光束保持水平，并用这个水平光束调整所有的第一小孔光阑(5)、第二小孔光阑(7)、第三小孔光阑(11)、第四小孔光阑(12)，以确保所有的小孔光阑等高；

②在准直光源(4)发出的水平光束的光路上固定第一小孔光阑(5)和第二小孔光阑(7)，使水平光束穿过第一小孔光阑(5)和第二小孔光阑(7)，以确定定位光路，做为未来待压缩光的入射方向；

③在所述的定位光路的第一小孔光阑(5)和第二小孔光阑(7)之间插入所述的支架(8)，使所述支架(8)上的平面反射镜(9)与所述的定位光路成45°，使定位光路发生接近直角的偏折，由所述的部分反射/透射镜(10)的部分反射形成的光斑与第一小孔光阑(5)相重合；

④在所述的部分反射/透射镜(10)的透射光路上以适当的间距设置第三小孔光阑(11)和第四小孔光阑(12)，并使透射光束穿过所述的第三小孔光阑(11)和第四小孔光阑(12)；

⑤将所述的支架(8)从光路中撤离；

⑥在定位光路中，原平面反射镜(9)的位置上放置所述的平面全反镜(13)，精调该平面全反镜(13)，使光束重新穿过第三小孔光阑(11)和第四小孔光阑(12)，恢复光路；

⑦再将所述的支架(8)插入光路的第三小孔光阑(11)和第四小孔光阑(12)之间，使支架(8)上的部分反射/透射镜(10)正对光束入射方向，细调所述的支架(8)的角度，使准直光束被所述的部分反射/透射镜(10)所反射的光斑与第三小孔光阑(11)相重合；

⑧在所述的支架(8)的平面反射镜(9)的反射光束方向的合适位置设置平行光栅对压缩器的折返镜(3)，细调该折返镜(3)，确保由该折返镜(3)反射的光束沿原光路返回并穿过第三小孔光阑(11)和第一小孔光阑(5)；

⑨撤离所述的支架(8)，沿所述的第一小孔光阑(5)和第二小孔光阑(7)引入待压缩光，在穿过第一小孔光阑(5)和第二小孔光阑(7)的压缩光路上按需要的角度放置第一光栅(1)，在第一光栅(1)的衍射光方向设置第二光栅(2)，调节第二光栅(2)的角度和位置，使经所述的折返镜(3)反射的光束返回并穿过第二小孔光阑(7)和第一小孔光阑(5)，即完成第一光栅(1)和第二光栅(2)的平行光栅对的调整。

2、根据权利要求1所述的平行光栅对压缩器的间接调节方法，特征在于所述的第一光栅(1)与待压缩光之间所需的夹角，由待压缩光所含的啁啾量确定，一旦啁啾量发生变化，修正第一光栅(1)与待压缩光之间的夹角之后，只要细调第二光栅(2)在水平面内的角度，令经过折返镜(3)反射的光能返回第一小孔光阑(5)，即完成第二光栅(2)与第一光栅(1)对的调整。

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