CN102222856A

CN102222856A - 飞秒激光多脉冲产生装置

Info

Publication number: CN102222856A
Application number: CN 201110094645
Authority: CN
Inventors: 周常河; 周倩; 朱林伟
Original assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2011-10-19

Abstract

一种飞秒激光多脉冲产生装置，其构成包括沿飞秒激光入射方向、依次平行放置的多个光栅，该多个光栅都垂直于飞秒激光入射方向，多个光栅都是周期相同的1×3高密度透射式光栅并固定在调节装置上，该调节装置具有控制所述光栅沿入射光束纵向移动和垂直于入射光束横向移动的精密微调机构。该装置对正啁啾的脉冲实现压缩，并形成同波长的脉冲间隔可调的多脉冲。本发明用于实现飞秒多脉冲的产生，和以往装置的比较，具有结构紧凑、简单，易集成化，便于调节，输出光无角色散等优点，在微加工领域及飞秒激光分束中有非常广阔的应用前景。

Description

飞秒激光多脉冲产生装置

技术领域

本发明涉及飞秒激光，特别是一种飞秒激光多脉冲产生装置。

背景技术

飞秒激光脉冲具有极高峰值功率和超短脉冲宽度等优点，在超快过程检测，微纳加工以及科研和工业众多领域具有广泛的应用。

随着飞秒激光被广泛应用，采用自相关仪或其他方法测量超短脉冲激光一般都需要对飞秒激光进行分束，飞秒激光分束技术也日趋成熟。以往用于产生多脉冲的装置有迈克尔逊装置和时空变换装置。迈克尔逊装置包括分束镜和多个反射镜，结构复杂，体积庞大。若为偏振光入射，则需要偏振分束镜，成本很大。时空变换装置包括光栅、透镜、空间光调制器，而空间光调制器的精度在实际加工时很难满足要求。这些元件的使用不仅增加了装置的复杂程度，而且降低了实验结果的准确度，减小装置的效率。

高密度透射式光栅衍射效率极高，并且只有0级，±1级衍射级次，若将其用于飞秒激光的分束具有很好的应用前景。

近几年以来，在先技术1【周常河，白冰等，发明专利，公告号：1325946】采用低密度光栅对再接反射镜的结构，实现飞秒激光的共线分束和压缩；在先技术2【周常河，郑将军，发明专利，公告号：100428040】采用倍密度光栅对装置构造飞秒双脉冲，其原路返回的结构具有补偿角色散和侧向走离效应，脉冲畸变小的特点；在先技术3【周常河，武腾飞等，发明专利，公告号：101650469】提出用高密度深刻蚀光栅对装置产生飞秒双脉冲，并且可以实现单双脉冲的转换。

本发明提出使用高密度透射式光栅堆栈方法来构造飞秒多脉冲的思想。飞秒激光通过一组完全相同的1×3高密度透射式光栅可以实现脉冲间隔可调的飞秒多脉冲的输出。这种光栅堆栈结构的设计可以使飞秒激光分束装置结构更加简单、紧凑，便于调节。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种飞秒多脉冲的产生装置，该装置结构简单，操作方便，便于调节，具有重要的应用前景。

本发明的基本构思是：飞秒激光脉冲相继通过1×3高密度透射式光栅时不断衍射，在通过最后一片光栅衍射后，相对应的垂直衍射光会相互叠加，从而实现多个飞秒多脉冲的输出。通过调节各个光栅之间的距离，可以精确控制输出多个脉冲间的时延。

本发明的技术解决方案如下：

一种飞秒激光多脉冲产生装置，其特点在于该装置的构成包括沿飞秒激光入射方向、依次平行放置的多个光栅，该多个光栅都垂直于飞秒激光入射方向，所述的多个光栅都是周期相同的1×3高密度透射式光栅，所述的多个光栅固定在一个调节装置上，该调节装置具有控制所述的每个光栅沿入射光束纵向移动和垂直于入射光束横向移动的精密微调机构。

所述的多个光栅都具有相同的结构：占空比f＝0.5，周期d的取值范围为λ＜d＜2λ，λ为入射的飞秒激光脉冲的中心波长。

所述的光栅周期d＝1.368μm，深度h＝0.61μm。

本发明的技术效果：

通过调节装置，飞秒激光通过所述的光栅组后会产生多脉冲。通过调节所述光栅组内的光栅间距，可以精确控制各个飞秒脉冲的时间延迟。

附图说明

图1是本发明飞秒激光多脉冲的产生装置的结构示意图。

图2是本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

本发明的飞秒激光多脉冲的产生装置如图1所示，由图可见，本发明飞秒多脉冲的产生装置的构成包括沿飞秒激光入射方向、依次平行放置的多个光栅，所述的多个光栅垂直于飞秒激光入射方向，所述的光栅都是周期相同的1×3高密度透射式光栅，所述的多个光栅固定在一个调节装置上，该调节装置具有控制所述光栅沿入射光束纵向移动和垂直于入射光束横向移动的精密微调机构。

所述的多个高密度透射式光栅具有相同的结构：占空比f＝0.5，周期d的取值范围为λ＜d＜2λ，λ为入射的飞秒激光脉冲的中心波长，

所述的光栅周期d＝1.368μm，深度h＝0.61μm。

在本实施例中：

如图2所示，图中，“1”、“2”和“3”表示周期相同的高密度透射式光栅，依次平行地固定在调节装置S上。其中，“2”和“3”分别装配在二维精密移动台上，可以朝水平方向Z轴和竖直方向X轴移动。h和d分别为光栅的槽深和周期，L1和L2分别为第一光栅与第二光栅，第二光栅和第三光栅的间距。

所述的飞秒激光光源是一台脉宽为90fs，输出功率大于250mW，带宽大于50nm，辐射波长为780nm-840nm，中心波长为800nm，重复频率为76MHz的钛宝石激光系统。

所述的多个光栅是采用微纳光学技术制作的高密度1×3透射式石英光栅，首先利用全息技术在涂有正光刻胶(Shipley S1818，USA)的铬膜上记录高密度光栅，然后对其进行显影，然后用去铬液将光刻光栅图案转移至铬膜上，并使用化学方法将残留的光刻胶去除。最后，利用微电子刻蚀工艺，将制作的样品放入感应耦合等离子体刻蚀机中进行刻蚀，再进一步去除石英基片上的剩余铬，制作成所需的1×3透射式石英光栅。

本发明飞秒激光多脉冲的产生装置的工作原理和基本过程是：

飞秒激光脉冲A垂直入射到第一光栅1发生衍射，B、C和D分别为A光的零级和正负一级衍射光，衍射角为θ。B、C和D衍射光入射到相距第一光栅L1处的第二光栅2继续发生1×3衍射，衍射光入射到第三光栅3继续衍射。由于光栅间的距离只有几百微米，因此各级衍射光几乎是重叠在一起，相对应的垂直衍射光相互叠加，实现飞秒多脉冲的输出。如果移动第二光栅2与第三光栅3在Z轴方向移动，可以通过改变三个光栅之间在Z向的距离，可以精确控制各个飞秒激光脉冲之间的时间延时。当L1≠L2时，衍射光B(0，0)为第一束飞秒激光脉冲，B(1，-1)与B(-1，1)相互叠加形成第二束飞秒激光脉冲，C(-1，0)与D(1，0)相互叠加形成第三个飞秒激光脉冲，C(0，-1)、C(-2，1)、D(2，-1)与D(0，1)相互叠加形成第四个飞秒激光脉冲；当L1＝L2时，第二个飞秒激光脉冲与第三个飞秒激光脉冲间的时间延迟为0，即两个脉冲重合，也就是说，B(1，-1)、B(-1，1)、C(-1，0)与D(1，0)相互叠加形成一个脉冲的输出，整个装置变成三脉冲的产生装置。

本发明飞秒激光多脉冲的产生装置来产生多脉冲，与以往的时空变换技术相比较，本发明避免了使用透镜，结构简单、紧凑，易集成化，操作方便，输出脉冲效率高，在微加工领域及飞秒激光分束中有非常广阔的应用前景。

Claims

1.一种飞秒激光多脉冲产生装置，其特征在于该装置由沿飞秒激光入射方向、依次平行放置的多个光栅(G1、G2、，...、Gn)构成，其中n为正整数，所述的多个光栅(G1、G2、...、Gn)垂直于所述的飞秒激光入射方向，且依次的间隔分别为L1、L2、...Ln-1，所述的多个光栅(G1、G2、...、Gn)是周期相同的1×3高密度透射式光栅，所述的多个光栅(G1，G2，...Gn)固定在一个调节装置(S)上，该调节装置具有控制所述的每个光栅沿入射光束纵向移动和垂直于入射光束横向移动的精密微调机构。

2.根据权利要求1所述的飞秒激光多脉冲产生装置，其特征在于所述的多个光栅(G1、G2、...、Gn)具有相同的占空比f＝0.5，周期d的取值范围为λ＜d＜2λ，λ为入射的飞秒激光脉冲的中心波长。

3.根据权利要求2所述的飞秒激光多脉冲产生装置，其特征在于所述的周期d＝1.368μm，深度h＝0.61μm。