CN107123920B - 一种大型超短脉冲激光压缩器中光栅的初装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型超短脉冲激光压缩器中光栅的初装方法，属于激光设备技术领域，在所述激光压缩器内腔中安装光学底板，在光学底板上绘制光栅的安装坐标，依照所述安装坐标安装光栅，逐一调整光栅的刻线方向、俯仰角度，验证全部光栅的刻线方向及俯仰角度是否相同，本发明在没有光学基准且没有前级信号光源的前提下进行光栅的初装工作，颠覆了传统的光路集成方法，操作便捷，显著提高了工作效率和初装精度。

Description

一种大型超短脉冲激光压缩器中光栅的初装方法

技术领域

本发明涉及激光设备技术领域，具体地说涉及一种大型超短脉冲激光压缩器中光栅的初装方法。

背景技术

压缩器是超短脉冲激光系统必不可少的一部分，负责放大后的激光脉冲在时间上的压缩。随着激光相关技术的进步与峰值功率的不断提升，压缩器的核心器件——光栅的口径在不断扩大。数PW级OPCPA(光学参量啁啾脉冲放大)技术平台是目前世界在建的最大的全OPCPA技术激光装置，它的压缩器由两组相互平行的光栅对称放置完成脉冲压缩，它能够输出能量达到百焦耳，脉冲宽度压缩至20fs量级，为达成这一目标，需用四块米级光栅。

目前，压缩器中的光栅安装调试存在诸多困难：1、光栅的安装没有基准；2、数PW级OPCPA平台压缩器规模大，内部空间有限，不利于人员操作，而大型光栅架平移量及旋转量均有限(平移量为2.5cm，旋转量为2°)，要求初装精度高；3、安装过程缺乏标准800nm光源。基于以上原因，需要研究一种便于操作的光栅初装方法。

发明内容

发明人在长期的实践中发现：由于激光压缩器的工作中心波长为800nm，采用传统的光栅安装方案需要借助前级信号光源，因此，要求前级信号光源的波长范围为750-850nm，而所述波长范围内的波段大部分位于人体肉眼不可见范围内，安装精度主要依赖于操作人员的先前经验和视力，导致安装精度因人而异，角度误差位于3mrad-18mrad之间，基于此，发明人提出了一种在没有光学基准且没有前级信号光源的情况下，能够简单、快速、精准地实现光栅的初装方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大型超短脉冲激光压缩器中光栅的初装方法，包括以下步骤：

S1：在所述激光压缩器内腔中安装光学底板，在光学底板上绘制光栅的安装坐标；

S2：依照所述安装坐标安装光栅；

S3：逐一调整光栅的刻线方向、俯仰角度；

S4：验证全部光栅的刻线方向及俯仰角度是否相同，若不相同，重复执行步骤S2-S3，反之，则完成初装操作。

进一步，所述步骤S1中，在激光压缩器内腔底部安装光学底板，所述光栅位于光学底板上，所述激光压缩器的两端分别设有入射孔和出射孔，在入射孔处设第一投线仪，所述第一投线仪正对入射孔的中心，且第一投线仪的垂直高度高于激光压缩器内腔中全部光栅高度。

进一步，依照激光压缩器的设计图，利用第一投线仪扫出经过入射孔和出射孔的第一垂直激光平面，在光学底板上绘制入射光线、衍射光线和光栅投影线，测量出衍射角度。

进一步，所述步骤S2中，光栅的安装方法为：

S21：在光栅的外围设调整架，所述调整架的底部设有辅助小车；

S22：在光栅投影线处设第二投线仪，以光栅投影线为基准，利用第二投线仪扫出第二垂直激光平面；

S23：移动辅助小车，促使光栅的光栅面与第二垂直激光平面重合；

S24：重复执行步骤S22-S23，直至安装完成全部的光栅。

进一步，所述步骤S3之前还包括：

将第二投线仪置于光栅的正前方，利用第二投线仪扫出水平激光平面，所述水平激光平面经光栅衍射后形成反射面，所述水平激光平面、反射面在激光压缩器内壁上分别投影形成入射线、反射线。

进一步，所述步骤S3中，对所述光栅的光栅面进行旋转，促使反射线与入射线平行，即完成刻线方向调整。

进一步，所述步骤S3中，对所述光栅进行俯仰角度调整，促使反射线与入射线重合即可。

进一步，所述步骤S4中，验证过程具体包括：

S41：利用第一投线仪扫出经过入射孔和出射孔的第一垂直激光平面，所述垂直激光平面经过光栅后分为出射平面和衍射平面；

S42：在光学底板上标记光栅的入射光线、衍射光线，测量出衍射角度，验证衍射角度是否与设计图相同，若不相同，重复执行步骤S2-S3，反之，则执行步骤S43；

S43：在出射孔处，若出射平面和衍射平面平行或重合，说明全部光栅的刻线方向及俯仰角度相同，则完成初装操作，反之，重复执行步骤S2-S3，直至出射平面和衍射平面平行或重合。

本发明的有益效果是：

在没有光学基准且没有前级信号光源的前提下，利用第一投线仪、第二投线仪完成光栅的初装工作，颠覆了传统的光路集成方法，操作便捷，显著提高了工作效率和初装精度，同时，第一投线仪、第二投线仪的激光波长位于前级信号光源波长范围之内，能够替代800nm信号光源，另外，第一投线仪、第二投线仪为实验室的常用器件，容易获得。

附图说明

图1是本发明的流程框图；

图2是本发明实施例一中激光压缩器的内部结构俯视图；

图3是光栅刻线方向调整示意图；

图4是光栅俯仰角度调整前视图。

附图中：1-激光压缩器、2-光学底板、3-入射孔、4-出射孔、5-第一光栅、6-第二光栅、7-第三光栅、8-第四光栅、9-第一投线仪、10-第二投线仪、11-入射光线、12-衍射光线、13-水平激光平面、14-反射面、15-光栅投影线、16-入射线、17-反射线；

虚线表示光栅面法线，α表示衍射角度。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。

实施例一：

如图1-2所示，一种大型超短脉冲激光压缩器中光栅的初装方法，所述激光压缩器1的两端分别设有入射孔3和出射孔4，在入射孔3处设第一投线仪9，所述第一投线仪9正对入射孔3的中心，第一投线仪9的垂直高度高于激光压缩器内腔中全部光栅高度，本实施例中，依照设计图，所述激光压缩器1内腔中设有4块光栅，分别为第一光栅5、第二光栅6、第三光栅7、第四光栅8，其中，第一光栅5正对入射孔3设置，第二光栅6正对出射孔4设置，第一光栅5与第三光栅7平行设置，第二光栅6与第四光栅8平行设置。

所述大型超短脉冲激光压缩器中光栅的初装方法，包括以下步骤：

首先，在所述激光压缩器1内腔中安装光学底板2，用于放置第一光栅5、第二光栅6、第三光栅7、第四光栅8，依照设计图，利用第一投线仪9扫出经过入射孔3和出射孔4的第一垂直激光平面，利用直尺、量角器、记号笔在光学底板2上绘制全部光栅的安装坐标，其中，安装坐标包括入射光线11、衍射光线12和光栅投影线15，测量出衍射角度α。

其次，依照所述安装坐标安装光栅，具体包括：

(1)在第一光栅5的外围设调整架，所述调整架的底部设有辅助小车；

(2)在与第一光栅5对应的光栅投影线15处设第二投线仪10，以光栅投影线15为基准，利用第二投线仪10扫出第二垂直激光平面，所述第二垂直激光平面即第一光栅5的安装的基准平面；

(3)移动辅助小车，促使第一光栅5的光栅面与第二垂直激光平面重合；

(4)重复执行步骤(2)-(3)，安装第二光栅6、第三光栅7、第四光栅8。

再次，将第二投线仪10置于第一光栅5的正前方，利用第二投线仪10扫出水平激光平面13，所述水平激光平面13经第一光栅5衍射后形成反射面14，所述水平激光平面13、反射面14在激光压缩器1内壁上分别投影形成入射线16、反射线17。其中，如图3所示，对所述第一光栅5的光栅面进行旋转，促使水平激光平面13、反射面14平行，即反射线与入射线平行，即完成刻线方向调整，如图4所示，对所述第一光栅5进行俯仰角度调整，促使反射线17与入射线16重合即可，此时，第一光栅5与水平面垂直，依次调整第二光栅6、第三光栅7、第四光栅8的刻线方向、俯仰角度。

最后，验证4块光栅的刻线方向及俯仰角度是否相同，具体验证过程如下：

(1)利用第一投线仪9扫出经过入射孔3和出射孔4的第一垂直激光平面，由于第一投线仪9的垂直高度高于激光压缩器1内腔中全部光栅高度，因此，第一垂直激光平面经过第一光栅5后分为出射平面和衍射平面，其中，出射平面直接经出射孔4出射；

(2)衍射平面经第三光栅7、第四光栅8、第二光栅6，同时，在光学底板2上标记入射光线11、衍射光线12，测量出衍射角度α，验证衍射角度是否与设计图相同，若不相同，重复安装光栅并逐一调整光栅的刻线方向、俯仰角度，反之，则执行步骤(3)；

(3)衍射平面最终经出射孔4出射，在出射孔4处，若出射平面和衍射平面平行或重合，说明全部光栅的刻线方向及俯仰角度相同，则完成初装操作，反之，重复安装光栅并逐一调整光栅的刻线方向、俯仰角度，直至出射平面和衍射平面平行或重合。

在其他一些实施例中，所述激光压缩器1内腔中设有4块以上的光栅，同样可以按照本发明所述的初装方法完成光栅初装。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (1)

1.一种大型超短脉冲激光压缩器中光栅的初装方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在激光压缩器内腔底部安装光学底板，所述光栅位于光学底板上，所述激光压缩器的两端分别设有入射孔和出射孔，在入射孔处设第一投线仪，所述第一投线仪正对入射孔的中心，且第一投线仪的垂直高度高于激光压缩器内腔中全部光栅高度，依照激光压缩器的设计图，利用第一投线仪扫出经过入射孔和出射孔的第一垂直激光平面，在光学底板上绘制光栅的安装坐标，所述安装坐标包括入射光线、衍射光线和光栅投影线，测量出衍射角度；

S2：依照所述安装坐标安装光栅，具体为：

S21：在光栅的外围设调整架，所述调整架的底部设有辅助小车；

S22：在光栅投影线处设第二投线仪，以光栅投影线为基准，利用第二投线仪扫出第二垂直激光平面；

S23：移动辅助小车，促使光栅的光栅面与第二垂直激光平面重合；

S24：重复执行步骤S22-S23，直至安装完成全部的光栅；

S3：将第二投线仪置于光栅的正前方，利用第二投线仪扫出水平激光平面，所述水平激光平面经光栅衍射后形成反射面，所述水平激光平面、反射面在激光压缩器内壁上分别投影形成入射线、反射线，对所述光栅的光栅面进行旋转，促使反射线与入射线平行，即完成刻线方向调整，对所述光栅进行俯仰角度调整，促使反射线与入射线重合即可；

S4：验证全部光栅的刻线方向及俯仰角度是否相同，若不相同，重复执行步骤S2-S3，反之，则完成初装操作，具体为：

S41：利用第一投线仪扫出经过入射孔和出射孔的第一垂直激光平面，所述第一垂直激光平面经过光栅后分为出射平面和衍射平面；

S42：在光学底板上标记光栅的入射光线、衍射光线，测量出衍射角度，验证衍射角度是否与设计图相同，若不相同，重复执行步骤S2-S3，反之，则执行步骤S43；

S43：在出射孔处，若出射平面和衍射平面平行或重合，说明全部光栅的刻线方向及俯仰角度相同，则完成初装操作，反之，重复执行步骤S2-S3，直至出射平面和衍射平面平行或重合。