CN103645593A - 基于激光等离子体通道的空间光调制器 - Google Patents

基于激光等离子体通道的空间光调制器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于激光等离子体通道的空间光调制器，基于激光等离子体通道的空间光调制器包括氦氖激光光源、超短脉冲光源、光学衰减片、光束形状控制器、光斑大小控制器、平移台、合束镜、非线性液体介质、分束镜、光垃圾盒、精密探测器。与传统方法相比，本方法光学转换效率高、对比度高，能够方便快捷的通过控制泵浦光把探测光调制成我们所需要的调制深度及空间强度分布的光束，调制后的光束具有良好的光学质量，调制位置及深度灵活可调。

Description

基于激光等离子体通道的空间光调制器
技术领域
本发明涉及光调制器领域，具体是一种基于激光等离子体通道的空间光调制器。
背景技术
随着社会的发展，空间光调制器在光学信息处理、显示系统以及数据存储等方面应用越来越广泛。空间光调制器是一种能够对入射光束在强度、相位、极化进行调制的器件，目前数字反射镜器件（DMD）以及液晶光阀是目前使用比较广泛的空间光调制器。由于原理的限制导致目前的空间光调制器具有光学效率低、对比度差等缺陷，本发明提出一种基于激光等离子体通道原理的高光学转换效率、高对比度的空间光调制器。该空间光调制器可以通过控制泵浦光来间接对探测光进行调制，调制后的光束具有良好的光学质量，调制位置及深度灵活可调，光学转换效率高、对比度高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于激光等离子体通道的空间光调制器，能够方便快捷的可以把探测光调制成我们所需要的调制深度及空间强度分布的光束。
本发明所采用的技术方案是：一种基于激光等离子体通道的空间光调制器，包括氦氖激光光源、超短脉冲光源、光学衰减片、光束形状控制器、光斑大小控制器、平移台、合束镜、非线性液体介质、分束镜、光垃圾盒、精密探测器。其特征在于，氦氖激光光源产生的激光作为探测光；超短脉冲光源产生的超短脉冲作为泵浦光，用作产生等离子体通道的光源，通过控制产生的等离子体通道来调控探测光的空间强度分布。探测光依次经过合束镜、非线性液体介质、分束镜、第二光学衰减片到达精密探测器。泵浦光依次经过第一光学衰减片、光束形状控制器、光斑大小控制器、平移台、合束镜、非线性液体介质、分束镜到达光垃圾盒。
所述氦氖激光光源采用氦氖激光器。
所述超短脉冲光源采用钛宝石再生放大激光器。
所述光学衰减片为可调节金属膜中性密度渐变滤光片。
所述光束形状控制器采用可改变光束空间强度分布的形状控制系统。
所述光斑大小控制器采用缩/扩束比可调节的缩束/扩束系统。
所述平移台采用可改变光束三维位置的三维平移系统。
所述合束镜采用对泵浦光全透射，对探测光45度全反射的二向色镜。
所述非线性液体介质为二硫化碳。
所述分束镜采用对探测光全透射，对泵浦光45度全反射的二向色镜。
所述光垃圾盒为杂散光收集器。
所述精密探测器为CCD Camera。
本发明的工作原理是：
钛宝石再生放大激光器发出的泵浦脉冲，在非线性液体介质中传输时，随着输入功率的增大将会电离产生等离子体通道。由于泵浦光的空间强度分布为高斯分布，导致等离子体通道中电子密度分布服从高斯分布，且产生的等离子体通道的光轴上的电子密度最大。当等离子体通道中局部位置的电子密度高于临界电子密度时，探测光将不能从此区域通过；又由于等离子体通道中的折射率也服从高斯分布，类似于光束通过一个渐变折射率透镜，探测光光斑中局部位置不能从等离子通道通过的部分光将偏转向等离子体通道中电子密度低于临界密度的区域通过，因此探测光光斑中不能通过等离子体通道的局部位置将出现黑斑。当探测光和泵浦光共线射入非线性液体介质中，随着泵浦光功率的增大，由于产生的等离子体通道电子密度分布为高斯型，探测光光斑中心位置将出现圆形黑斑，探测光将被调制成一环形结构。当调节光束形状控制器改变泵浦光的空间强度分布为特定的空间强度分布时，等离子体通道中电子密度分布也随之改变，等离子体通道中探测光不能通过的区域也同时随之改变，探测光中黑斑的分布及形状也随之发生变化，探测光将会被调制成所需要的空间强度分布；当通过光斑大小控制器改变泵浦光的光斑大小时，等离子体通道的大小也随之变化，黑斑的大小也将随之改变，探测光被调制的范围也将随之发生改变；当通过平移台改变泵浦光的光路时，产生的等离子体通道的位置相对于探测光光斑的位置将会发生变化，黑斑的位置将会随之变化，因此探测光被调制的位置将会发生变化；当泵浦光的功率发生变化时，产生的等离子体通道的边缘的电子密度将会发生变化，探测光被调制的深度也将随之改变。因此通过此发明，可以把探测光调制成我们所需要的调制深度及空间强度分布的调制光束。
附图说明
图1为本发明基于激光等离子体通道的空间光调制器的结构示意图；
其中：
1：氦氖激光光源；2：超短脉冲光源；3a-3b：光学衰减片；4：光束形状控制器；5：光斑大小控制器；6平移台；7：合束镜；8：非线性液体介质；9：分束镜；10：光垃圾盒；11：精密探测器。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，对本发明做具体说明。
如图1所示，本实施例的基于激光等离子体通道的空间光调制器，包括氦氖激光光源1、超短脉冲光源2、光学衰减片3a-3b、光束形状控制器4、光斑大小控制器5、平移台6、合束镜7、非线性液体介质8、分束镜9、光垃圾盒10、精密探测器11。
上述各部分的功能分别说明如下：
氦氖激光光源1，产生的激光作为探测光；
超短脉冲光源2，产生的超短脉冲作为泵浦光，用作产生等离子体通道的光源，通过控制产生的等离子体通道来调控探测光的空间强度分布；
光学衰减片3a，用于调节入射到非线性液体介质中的超短脉冲的功率；
光学衰减片3b，用于调节入射到精密探测器CCD中的功率，避免因功率过大损坏CCD；
光束形状控制器4，用于改变入射飞秒激光的空间强度分布，以便改变产生的等离子体通道的形状来间接调控探测光的空间强度分布；
光斑大小控制器5，用于改变泵浦光的光斑大小，以便改变产生的等离子体通道的大小；
平移台6，用于改变泵浦光光路，以便改变产生的等离子体通道相对于探测光光斑的位置；
合束镜7，用于光束的选择性通过，本实施例选用对泵浦光全透射，对探测光45度全反射的二向色镜；
非线性液体介质8，用作产生激光等离子体通道的媒介，本实施例选用二硫化碳，是因为它有大的非线性和长的弛豫时间；
分束镜9，用于光束的选择性通过，本实施例选用对探测光全透射，对泵浦光45度全反射的二向色镜，使探测光和泵浦光一起通过分束镜后只有探测光进入精密探测器；
光垃圾盒10，用于收集从分束镜中反射出来的泵浦光；
精密探测器11，用于动态监测探测光被调制后光斑图，本实施例选用CCD Camera（Coherent公司的Laser Cam-HRTM Beamview，其点阵为1280×1024，分辨率约为6.7μm×6.7μm）；
本发明所采用的基于激光等离子体通道的空间光调制器工作过程如下：
氦氖激光光源1为氦氖激光器，中心波长为632nm，作为探测光，用作信号光源。超短脉冲光源2为Coherent公司生产的商用钛宝石再生放大激光系统（型号为LibraS），输出的最短脉冲宽度约100fs，带宽约为12nm，重复频率为1kHz，中心波长为800nm，作为泵浦光。泵浦光在非线性液体介质中传输时，随着输入功率的增大，将电离产生等离子体通道，当等离子体通道中局部位置的电子密度高于临界电子密度时，探测光将不能从此区域通过，在精密探测器11中可以观测到探测光的局部位置出现黑斑。调试泵浦光和探测光光路，使两束光共线射入非线性液体介质中，随着泵浦光功率的增大，探测光光斑中心位置将出现圆形黑斑，探测光将被调制成一环形结构；启动光束形状控制器4，改变泵浦光的空间强度分布，等离子体通道的形状也随之变化，探测光中不能通过的局部位置也将随之变化，探测光将会被调制成所需要的空间强度分布；通过光斑大小控制器5改变泵浦光的光斑大小，等离子体通道的大小也随之变化，探测光被调制的范围将随之发生改变；通过平移台改变泵浦光的光路，使产生的等离子体通道的位置相对于探测光光斑的位置发生变化，探测光被调制的位置将会发生变化；通过改变泵浦光的功率可以改变探测光被调制的深度。
本发明提出了一种基于激光等离子体通道的空间光调制器，与传统方法相比，本方法光学转换效率高、对比度高。可以通过控制泵浦光来间接对探测光进行调制，调制后的光束具有良好的光学质量，调制位置及深度灵活可调。

Claims (10)

1.一种基于激光等离子体通道的空间光调制器，包括氦氖激光光源、超短脉冲光源、光学衰减片、光束形状控制器、光斑大小控制器、平移台、合束镜、非线性液体介质、分束镜、光垃圾盒、精密探测器；其特征在于，氦氖激光光源产生的激光作为探测光；超短脉冲光源产生的超短脉冲作为泵浦光，用作产生等离子体通道的光源，通过控制产生的等离子体通道来调控探测光的空间强度分布；探测光依次经过合束镜、非线性液体介质、分束镜、第二光学衰减片到达精密探测器；泵浦光依次经过第一光学衰减片、光束形状控制器、光斑大小控制器、平移台、合束镜、非线性液体介质、分束镜到达光垃圾盒。
2.根据权利要求1所述的基于激光等离子体通道的空间光调制器，其特征在于，所述氦氖激光光源采用氦氖激光器。
3.根据权利要求1所述的基于激光等离子体通道的空间光调制器，其特征在于，所述超短脉冲光源采用钛宝石再生放大激光器。
4.根据权利要求1所述的基于激光等离子体通道的空间光调制器，其特征在于，所述光学衰减片为可调节金属膜中性密度渐变滤光片。
5.根据权利要求1所述的基于激光等离子体通道的空间光调制器，其特征在于，所述光束形状控制器采用可改变光束空间强度分布的形状控制系统。
6.根据权利要求1所述的基于激光等离子体通道的空间光调制器，其特征在于，所述光斑大小控制器采用缩/扩束比可调节的缩束/扩束系统。
7.根据权利要求1所述的基于激光等离子体通道的空间光调制器，其特征在于，所述平移台采用可改变光束三维位置的三维平移系统。
8.根据权利要求1所述的基于激光等离子体通道的空间光调制器，其特征在于，所述合束镜采用对泵浦光全透射，对探测光45度全反射的二向色镜。
9.根据权利要求1所述的基于激光等离子体通道的空间光调制器，其特征在于，所述分束镜采用对探测光全透射，对泵浦光45度全反射的二向色镜。
10.根据权利要求1所述的基于激光等离子体通道的空间光调制器，其特征在于，所述精密探测器为CCD Camera。
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