CN103337780B - 基于偏振分束的脉冲分离展宽结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于偏振分束的脉冲分离展宽结构，该结构由多块不同长度的单元结构依次旋转角度并用光胶粘合或光学面镀增透膜直接接合而成；其中所述的单元结构由两个相同的偏振分束器和一个锥形的石英晶体或玻璃组合而成，其底部两侧的锥面夹角为45°；单元结构中，两个相同的偏振分束器和一个锥形的石英晶体或玻璃之间的光学面镀有增透膜；单元结构纵向长度依次加倍，单元结构中光束入射点间的纵向距离即为光路分离展宽后的光程差。本发明适用于窄谱线宽脉冲展宽，可实现纳秒量级的脉冲展宽，适合不同波段及多波段脉冲的同时展宽。

Description

基于偏振分束的脉冲分离展宽结构

技术领域

本发明属于光器件技术领域，涉及一种基于偏振分束脉冲分离展宽结构，用来对超短激光脉冲进行展宽。

背景技术

高功率高重复频率的超短激光脉冲在材料加工、医疗处理、激光化学与高能物理领域都有着广泛的应用前景，而脉冲展宽与压缩是激光技术领域的关键技术之一。过高功率的脉冲会对一些光器件造成损伤，因此运用脉冲展宽降低峰值功率是较为常见的方法之一，在功率放大后再对已展宽的脉冲进行压缩，进而得到高峰值功率的超短激光脉冲。

光纤激光器是继传统气体激光器和固体激光器后的第三代新型激光器，具有结构紧凑、寿命长、免维护、光束质量好、节能环保等优点，其中的脉冲光纤激光器的脉冲窄、峰值功率高、无需水冷等突出优点，可广泛用于打标、整形、微机械加工和和激光医学等领域，是当今光电信息领域最为重要的前沿技术之一。

由于超短激光脉冲的峰值功率很高，直接在光纤中进行脉冲放大容易因非线性效应而诱导非线性频谱展宽不易压缩，高峰值功率也会造成增益介质损伤，因此常将脉冲先进行展宽降低峰值功率，再通过增益光纤放大，在输出时重新将脉冲压缩进行输出。常见的脉冲展宽方法有运用光栅、色散、非线性等，这些方法都存在一定的缺点，例如,不易精确控制展宽或压缩量；光路精确度要求高、复杂，系统不稳定；不易在工业生产中集成化；对频谱较窄的脉冲难以获得较宽的展宽、即使频谱较宽的飞秒或皮秒脉冲也难以展宽到纳秒量级；在高功率光纤放大过程中难免会引入不利于脉冲压缩的非线性相移等。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的问题和缺点而提出的一种基于偏振分束的脉冲分离展宽结构，该结构的光路设计相对简单，易于实现，具有较强的稳定性。

一束激光脉冲经过偏振分束器时会分解为平行入射面振动的P光和垂直入射面振动的S光，两束光分别沿不同路径传播。通过加入调整光路，可使P光和S光在另一块PBS上重新汇聚，由于光程差，脉冲会按照偏振态的不同出现时域分离展宽。通过上述结构的组合，并且使光程差加倍，达到脉冲等间距分离展宽的效果。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于偏振分束的脉冲展宽结构，其特征在于该结构由多块不同长度的单元结构依次旋转角度并用光胶粘合或光学面镀增透膜直接接合而成；其中：

所述的单元结构由两个相同的偏振分束器PBS（polarization beam splitter）和一个锥形的石英晶体或玻璃组合而成，其底部两侧的锥面夹角为45°；单元结构中，两个相同的PBS和一个锥形的石英晶体或玻璃之间的光学面镀有增透膜；

所述不同长度的单元结构为纵向长度依次加倍，每单元结构中光束入射点间的纵向距离即为光路分离后的光程差；

所述的单元结构纵向长度能够调节；

所述的旋转角度是将长度加倍的单元结构依次相对于前一单元结构旋转45°。

本发明优点如下：

⑴相比于传统的色散脉冲展宽方式，本发明的光路设计相对简单，易于实现，具有较强的稳定性。

⑵当一束超短脉冲激光经过本发明展宽后，可在器件末端加入法拉第旋转镜，反射后光束反向经过本发明后可实现将展宽后的脉冲重新压缩，同时实现两种功能，在工业生产中降低了成本。

⑶脉冲展宽可由单元结构的纵向长度来精确控制，便于调节。

⑷展宽后的脉冲具有多偏振分量的分离脉冲，可避免在传统高功率光纤放大过程中引入的不利于脉冲压缩的非线性相移。

⑸偏振分离脉冲在高功率光纤放大过程中获得多偏振分量的均匀放大，在同一放大系统中正反向通过脉冲偏振分离展宽装置，偏振合束后自动补偿偏振随机抖动，可确保获得保偏光脉冲输出。

⑹便于在工业生产中集成化以及实现大能量的放大，也适合获得高功率保偏激光的倍频、和频以及其他非线性频率转换，获得高稳定度的高功率绿光、紫外、中远红外等波段的激光输出。

⑺本发明适用于窄谱线宽度的脉冲展宽，可实现纳秒量级的脉冲展宽。

⑻本发明适合不同波段及多波段脉冲的同时展宽。

附图说明

图1为本发明的光路图；

图2为本发明的单元结构示意图；

图3为本发明不同偏振方向光学延时长度的示意图；

图4为本发明侧视图；

图5为本发明立体光路图；

图6为本发明实施例结构示意图；

图7为本发明结构示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明进行进一步的描述，但不仅限于以下实施例。

实施例

超短脉冲激光射入单元结构时，如图1所示，会分成平行于入射面振动的P光和垂直入射面振动的S光，产生光路分离展宽现象，其中S光经过下方成45°角的两锥面的两次全反射后在第二块PBS处与S光重新叠加并出射，由于两束光存在光程差，故两束光脉冲出现时延从而达到脉冲分裂的目的。

图1为一个单元结构，两个PBS对称粘合，下部为锥形的高纯度石英晶体，其中P光和S光分别由短线和圆点标注。

图2为单元结构示意图，PBS1、PBS2、锥形石英晶体3组成，其底部两侧的锥面夹角为45°。

为确保脉冲经过第一次分裂后子脉冲经过第二个单元结构时可以再次分别分裂，并且避免分裂后子脉冲叠加，第二块单元结构的设计如图3所示，光束入射单元结构的纵向距离为2L即第一块的两倍，并且纵向旋转45°后与第一块结构单元用光胶粘合或增透镀膜后直接接合，如图4所示，故子脉冲经过第二块单元结构时可以再次分别分裂为两个脉冲。

图3中，单元结构的纵向长度L决定了脉冲的延时，在此取L=13.5mm，石英折射率为1.55，分裂的两脉冲延时故经过第一块单元结构后，延时为140ps，第二块第三块单元结构由于纵向长度依次加倍，延时分别为280ps和560ps。

同理，第三块单元结构长度加倍，并且和第二块单元结构成45°角粘合，如图4所示为该结构的侧面图，相邻的单元结构夹角为。本结构中的光路如图5所示。

图5中光脉冲在每块晶体单元出射面出重新汇聚，达到等距分裂的目的。

参阅图6为本实施例立体结构示意图，一个皮秒级的激光脉冲通过本实施例后，会等距分裂成一个具有八个子脉冲的脉冲序列，脉冲序列长度为140ps+280ps+560ps=0.98ns，实现了皮秒量级到纳秒量级的脉冲展宽。

Claims (1)

1.一种基于偏振分束的脉冲分离展宽结构，其特征在于该结构由多块不同长度的单元结构依次旋转角度并用光胶粘合或光学面镀增透膜直接接合而成；其中：

所述的单元结构由两个相同的偏振分束器PBS和一个锥形的石英晶体或玻璃组合而成，其底部两侧的锥面夹角为45°；单元结构中，两个相同的PBS和一个锥形的石英晶体或玻璃之间的光学面镀有增透膜；

所述不同长度的单元结构为纵向长度依次加倍，每单元结构中出射的P光和S光的光程差是由该单元结构的纵向长度决定的；

所述的单元结构纵向长度能够调节；

所述的旋转角度是将长度加倍的单元结构依次相对于前一单元结构旋转45°。