CN107508126B - 一种含离轴抛面镜的激光光路调节方法 - Google Patents

一种含离轴抛面镜的激光光路调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含离轴抛面镜的激光光路调节方法。离轴抛面镜可以避免激光在穿透介质时所产生的非线性效应，本发明通过使用离轴抛面镜，为保证激光聚焦后的光束质量，在光路调节中，利用公式计算，根据相似三角形的性质将激光光路调节至目标位置，不改变离轴抛面镜对激光的聚集特性，不破坏光束质量，具有操作简单、方便高效、应用范围广的优点。本发明可用于激光等离子体相互作用领域，特别是激光等离子体尾波场加速电子机制中，可提供好的激光光束质量用于聚焦打靶。

Description

一种含离轴抛面镜的激光光路调节方法
技术领域
本发明涉及飞秒激光光路调节的方法，特别是一种含离轴抛面镜的激光光路调节方法。
背景技术
随着激光等离子体相互作用特别是基于尾波场加速产生高能电子束领域的快速发展，在实验中对于激光光路调节总是需要保证激光在传输过程中光束质量不变。
但飞秒激光在介质中传输时，实际光束总是或多或少地带有无规则调制或起伏，会产生光束分裂、传输介质的丝状破坏、光谱加宽、三次谐波等很多非线性效应，使光束质量下降，这些后果对于聚焦打靶都是致命的。离轴抛面镜由于其可完全避免激光在穿透介质时所产生的非线性效应，及其对高强激光有很好的耐用性，目前已被广泛应用于高功率超短脉冲激光束的聚焦、偏转光路中。
即使激光光路中使用了离轴抛面镜，如果光路调节中离轴抛面镜对激光的聚焦角度不固定，激光的光束质量仍然将被破坏。现有的激光调节技术中只通过转动平面镜和抛面镜，难以保证调节前后离轴抛面镜对激光的聚焦角度一致，而且需要反复不断地转动平面镜和抛面镜调整激光光束，大大降低了实验效率。
发明内容
本发明目的是针对上述现有技术的不足，通过公式计算算出平面镜平移距离，根据相似三角形对应边相等的性质找到两个相似三角形，再利用相似三角形对应夹角相等的性质，提出一种含离轴抛面镜的激光光路调节方法，能够保证调节前后离轴抛面镜对激光的聚焦角度不变，从而保证调节前后激光光束的质量不变。
本发明的技术解决方案如下：
一种含离轴抛面镜的激光光路调节方法，该光路为：一束激光光束入射至平面镜，经该平面镜反射的反射光束入射至离轴抛面镜中心，再经该离轴抛面镜反射的反射光束到达O点，该调节方法包括如下步骤：
①设平面镜的初始位置为A，离轴抛面镜的初始位置为M，激光需要到达的位置为O’点；
用直尺测出O点与O’点的距离d，确定O’点关于O点对称的O”点；
②计算平面镜需要平移的距离x，公式如下：
Figure BDA0001018205640000021
l1为平面镜到离轴抛面镜中心的距离，l2为离轴抛面镜中心到O点的距离，且l2＜＜l1＜＜d；
③将处于A位置的平面镜平移距离x，设此时平面镜处于的位置为A’；
④将处于A’位置的平面镜沿中心轴旋转，使得经平面镜和位于M位置的离轴抛面镜中心反射后的反射光束(3)从O点移动至O”点，设此时平面镜处于的位置为A”；
⑤以离轴抛面镜中心为旋转中心旋转处于M位置处的抛面镜，使得经位于A”位置的平面镜和离轴抛面镜中心反射后的反射光束(5)从O”点移动至O’点。
优选的，所用的离轴抛面镜的焦距为2.5m，平面镜到离轴抛面镜中心的距离l1＝380mm，离轴抛面镜中心到O点的距离l2＝2250mm。
与现有技术相比，本发明具有如下显著特点：
1、有效避免激光在穿透介质时所产生的非线性效应，使高强激光具有很好的耐用性；
2、固定了离轴抛面镜对激光聚焦角度，保证了激光光束质量；
3、无需反复调节多次，简化了操作，提高了实验效率。
附图说明
图1为本发明激光光路调节示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请先参阅图1，图1为本发明含离轴抛面镜的激光光路调节示意图。该光路为：一束激光光束1入射至平面镜，经该平面镜反射的反射光束2入射至离轴抛面镜中心，再经该离轴抛面镜反射的反射光束3到达O点。
平面镜的初始位置为A，离轴抛面镜的初始位置为M，激光需要到达的位置为O’点。用直尺测出O点与O’点的距离d，确定O’点关于O点对称的O”点。
计算平面镜需要平移的距离x，公式如下：
Figure BDA0001018205640000031
l1为平面镜到离轴抛面镜中心的距离，本实施例中l1＝380mm，l2为离轴抛面镜中心到O点的距离，本实施例中l2＝2250mm，则移动距离为
Figure BDA0001018205640000032
将处于A位置的平面镜平移距离x，设此时平面镜处于的位置为A’。
将处于A’位置的平面镜沿中心轴旋转，使得经平面镜和位于M位置的离轴抛面镜中心反射后的反射光束3从O点移动至O”点，设此时平面镜处于的位置为A”。
以离轴抛面镜中心为旋转中心旋转处于M位置处的抛面镜，使得经位于A”位置的平面镜和离轴抛面镜中心反射后的反射光束5从O”点移动至O’点。
由
Figure BDA0001018205640000033
这个关系式，即
Figure BDA0001018205640000034
根据三角形相似对应边成正比的关系，我们可找到两个相似三角形。再根据相似三角形对应角相等，可知调节前激光经过位于A处位置的平面镜反射的反射光束2与调节后激光经过处于A”位置的平面镜反射的反射光束4的夹角和所述反射光束2经位于M位置处的离轴抛面镜反射的反射光束3与所述反射光束4经位于M位置处的离轴抛面镜反射的反射光束5夹角相等。最终可得所述反射光束2与所述反射光束3的夹角和所述反射光束4与所述反射光束4经旋转后离轴抛面镜中心反射的反射光束6夹角相等，这样就保证了调节前后激光经过平面镜和离轴抛面镜反射后的聚焦角度不变。
本发明的实施例中，是研究激光等离子体尾波场加速电子，由于所用激光光束的功率特别高，为了避免光束将空气击穿发生成丝等各种非线性效应，打靶时需要将平面镜与离轴抛面镜所在腔室抽成真空。
实验时，为了安全与调节的准确性先用弱的参考激光进行光路调节。为了便于看到弱光，可以采用CCD，变像管等辅助仪器来进行光路调节。
实验表明，本发明含离轴抛面镜的激光光路调节不改变离轴抛面镜对激光的聚集特性，不破坏激光光束质量，具有操作简单、方便高效、应用范围广的优点。本发明可用于激光等离子体相互作用领域，特别是激光等离子体尾波场加速电子机制中，可提供好的激光光束质量用于聚焦打靶。

Claims (3)

1.一种含离轴抛面镜的激光光路调节方法，该光路为：一束激光光束(1)入射至平面镜，经该平面镜反射的反射光束(2)入射至离轴抛面镜中心，再经该离轴抛面镜反射的反射光束(3)到达O点，其特征在于，该方法包括如下步骤：
①设平面镜的初始位置为A，离轴抛面镜的初始位置为M，激光需要到达的位置为O’点；
用直尺测出O点与O’点的距离d，确定O’点关于O点对称的O”点；
②计算平面镜需要平移的距离x，公式如下：
Figure FDA0002404366100000011
l1为平面镜到离轴抛面镜中心的距离，l2为离轴抛面镜中心到O点的距离，且l1<< l2<<d；
③将处于A位置的平面镜平移距离x，设此时平面镜处于的位置为A’；
④将处于A’位置的平面镜沿中心轴旋转，使得经平面镜和位于M位置的离轴抛面镜中心反射后的反射光束(3)从O点移动至O”点，设此时平面镜处于的位置为A”；
⑤以离轴抛面镜中心为旋转中心旋转处于M位置处的抛面镜，使得经位于A”位置的平面镜和离轴抛面镜中心反射后的反射光束(5)从O”点移动至O’点。
2.根据权利要求1所述的含离轴抛面镜的激光光路调节方法，其特征在于所述的离轴抛面镜的焦距为2.5m。
3.根据权利要求书1所述的含离轴抛面镜的激光光路调节方法，其特征在于，l1＝380mm，l2＝2250mm。
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