CN105186278A - 大角度相交的超短脉冲时间精密同步的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于超短脉冲激光技术，提供了一种大角度相交的超短脉冲时间精密同步的系统，包括：分束器、反射镜、第一反射镜组、第二反射镜组及聚焦透镜；所述分束器，用于将入射脉冲分为反射子脉冲和透射子脉冲；所述透射子脉冲经反射镜反射后入射至第一反射镜组的一个反射面，经该反射面反射后入射所述聚焦透镜聚焦；所述反射子脉冲经第一反射镜组的另一反射面反射后，经过第二反射镜组折返后与所述透射子脉冲平行入射所述聚焦透镜。本发明提供一种在调整脉冲间夹角关系的同时而不改变脉冲间的相对时间延迟的超短脉冲时间同步系统，方便超短脉冲同步光束间的夹角调节，从而拓宽超短激光脉冲的应用范围。

Description

大角度相交的超短脉冲时间精密同步的系统
技术领域
本发明属于超短脉冲激光技术，尤其涉及一种夹角可调的大角度相交的超短脉冲时间精密同步的系统。
背景技术
超短激光脉冲之间的时间同步是超短脉冲激光技术及其应用中经常遇到的。对于两束或多束小角度或同轴传输的超短脉冲激光同步是比较容易的。常见的方法有：干涉条纹观测法(例如迈克尔逊干涉仪的双光束同步)、基于非线性频率转换的自相关/互相关法、光谱干涉法、激光诱导等离子体干涉以及激光诱导荧光干涉等方法。前两种方法同步精度较高，可以达到飞秒量级。而后三种方法的精度一般只能到亚皮秒或皮秒量级。然而，在一些飞秒激光技术及其应用场合，往往需要同步的飞秒激光束是大角度(大于25°甚至45°)相交的，而且同步精度需为飞秒量级，例如多光束飞秒层析成像等。在这种场合以上方法就不适用了。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种在调整脉冲间夹角关系的同时而不改变脉冲间相对时间延迟的超短脉冲时间精密同步系统，旨在解决现有技术无法实现需要同步的飞秒激光束是大角度相交的，而且同步精度需为飞秒量级的问题。
本发明是这样实现的，一种大角度相交的超短脉冲时间精密同步的系统，包括：分束器、反射镜、第一反射镜组、第二反射镜组及聚焦光学元件；
所述分束器，用于将入射脉冲分为反射子脉冲和透射子脉冲；
所述透射子脉冲经反射镜反射后入射至第一反射镜组的一个反射面，经该反射面反射后入射所述聚焦光学元件聚焦透镜聚焦；
所述反射子脉冲经第一反射镜组的另一反射面反射后，经过第二反射镜组折返后与所述透射子脉冲平行入射所述聚焦光学元件聚焦。
进一步地，所述第一反射镜组包括两相互垂直放置的反射镜。
进一步地，所述第一反射镜组包括两直角边所在平面镀45度高反膜的等腰直角棱镜。
进一步地，所述第二反射镜组包括两相互垂直放置的反射镜。
进一步地，所述反射镜为45°入射反射镜。
进一步地，所述第一反射镜组的移动方向与入射至该反射镜组的入射光的入射方向平行。
进一步地，所述第二反射镜组的移动方向与入射至该反射镜组的入射光的入射方向平行。
进一步地，所述聚焦光学元件包括聚焦透镜。
进一步地，所述聚焦光学元件包括凹面反射镜。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：提供了一种在调整脉冲间夹角关系的同时而不改变脉冲间的相对时间延迟的超短脉冲时间精密同步系统，方便超短脉冲同步光束间的夹角调节，从而拓宽超短激光脉冲的应用范围。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种夹角可调的大角度相交的超短脉冲时间精密同步系统的结构示意图。
图2是本发明实施例二提供的一种夹角可调的大角度相交的超短脉冲时间精密同步系统的结构示意图。
图3是本发明实施例三提供的一种夹角可调的大角度相交的超短脉冲时间精密同步系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明主要利用两组由相互垂直放置的两平面反射镜组成的镜组来实现。其核心思想是设计适当的光学调节装置，该装置先通过调节光学延时线，利用非线性和频/差频检测实现两小角度相交的超短脉冲光束精确时间同步。然后再通过另一光学延时线，调节(增大)该两光束的交角，但不改变两光束之间的相对延迟。由此推广，将该思想应用于实现大交角四光束间的精确时间同步。
图1本发明提供的第一实施例，包括：分束器BS、反射镜M、第一反射镜组MG1、第二反射镜组MG2及聚焦透镜Lens；
入射脉冲被一分束器BS分为反射子脉冲和透射子脉冲两束。所述透射子脉冲被45°反射镜组(M)反射后入射到第一反射镜组MG1的一个反射面后经聚焦透镜Lens聚焦。所述反射子脉冲则被第一反射镜组MG1的另一个反射面反射后，通过第二反射镜组MG2折返180°后与所述透射子脉冲一起平行入射至聚焦透镜Lens。两光束将以一交角在聚焦透镜Lens的焦距处相交。在交点处放置一非线性晶体NC用于产生频率转换信号。本实施例中的第一反射镜组MG1和第二反射镜组MG2均由两相互垂直放置的反射镜组成，且分别置于一精密线性平移台上。经第一反射镜组MG1后的出射光垂直于入射光，而经第二反射镜组MG2后的出射光平行于入射光。两精密平移台的移动方向与入射光传输方向平行。本实施例中的第二反射镜组MG2用于调整所述反射子脉冲和所述透射子脉冲在相交点处时间精密同步。在调整完脉冲时间同步后，移动第一反射镜组MG1可方便地对称改变入射至透镜Lens前两子脉冲的间距，从而改变两子脉冲的夹角，达到改变两子脉冲夹角而不改变两子脉冲的时间同步的目的。而在第一反射镜组MG1移动过程中两子脉冲间相对时间延迟不变。
在图2所示，用两直角边所在平面镀45度高反膜的等腰直角棱镜PR取代图1中的第一反射镜组MG1，能达到同样的效果。
图3为本发明提供的第三实施例：
在本实施例中，先将光束B1和B4小角度实现同步(两束光沿聚焦透镜Lens中心轴对称入射透镜Lens)，然后平移棱镜反射镜PR3使得这两光束对称平移远离透镜中心轴而不会破坏同步。同理利用棱镜反射镜PR2完成光束B2和B3之间的同步。利用棱镜反射镜PR2让B1和B2、B3和B4充分接近，移动DL1可保证它们同步。按图3移动DL2可辅助调节光束B1和B4间的间隔。为消除色散效应，透镜Lens可用大口径的90°离轴抛物面或凹球面反射镜镜代替。本实施例可保证十飞秒的时间同步精度。
在上述实施例中，聚焦透镜也可由凹面反射镜等其它反射式聚焦光学元件代替。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大角度相交的超短脉冲时间精密同步的系统，其特征在于，包括：分束器、反射镜、第一反射镜组、第二反射镜组及聚焦光学元件；
所述分束器，用于将入射脉冲分为反射子脉冲和透射子脉冲；
所述透射子脉冲经反射镜反射后入射至第一反射镜组的一个反射面，经该反射面反射后入射所述聚焦光学元件聚焦；
所述反射子脉冲经第一反射镜组的另一反射面反射后，经过第二反射镜组折返后与所述透射子脉冲平行入射所述聚焦光学元件聚焦。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一反射镜组包括两相互垂直放置的反射镜。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一反射镜组包括两直角边所在平面镀45度高反膜的等腰直角棱镜。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二反射镜组包括两相互垂直放置的45°反射镜。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一反射镜组的移动方向与入射至该反射镜组的入射光的入射方向平行。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二反射镜组的移动方向与入射至该反射镜组的入射光的入射方向平行。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述聚焦光学元件包括聚焦透镜。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述聚焦光学元件包括凹面反射镜。
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