CN107577023A - 一种大口径光栅脉冲压缩器姿态的调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径光栅脉冲压缩器姿态的调节方法，该方法包括以下步骤：步骤1、建立基准光路；步骤2、第一大口径光栅姿态的调节，通过第一楔板和第二楔板的调节，完成第一大口径光栅的方位旋转、俯仰旋转、面内旋转；步骤3、第二大口径光栅姿态的调节，通过第三楔板和第四楔板的调节，完成第二大口径光栅的方位旋转、俯仰旋转、面内旋转；步骤4、第三大口径光栅姿态的调节，通过第一楔板和第二楔板的调节，完成第三大口径光栅的方位旋转、俯仰旋转、面内旋转；步骤5、第四大口径光栅姿态的调节，通过第三楔板和第四楔板的调节，完成第四大口径光栅的方位旋转、俯仰旋转、面内旋转。本发明大口径光栅姿态的调节精度可达数个μrad量级。

Description

一种大口径光栅脉冲压缩器姿态的调节方法

技术领域

本发明属于超短超强激光领域，特别是啁啾脉冲放大系统或光参量啁啾脉冲放大系统中一种大口径光栅脉冲压缩器姿态的调节方法。

背景技术

超短超强激光系统一直是高功率激光领域研究者追求的核心目标之一，其主要功能是为高能密度物理、核物理、强场物理等众多研究领域创造前所未有的极端物态条件。

超短超强脉冲激光通常采用啁啾脉冲放大技术，该技术的核心思想为：将振荡器输出的飞秒量级种子脉冲通过展宽器变换为纳秒量级的啁啾脉冲；然后通过光参量放大、钕玻璃或钛宝石等增益介质放大等过程实现纳秒啁啾脉冲的能量放大；最后采用脉冲压缩器将纳秒啁啾脉冲压缩为飞秒或皮秒级超短超强激光。啁啾脉冲放大技术有效地规避了放大过程中的增益介质损伤问题和非线性效应，能够有效地从放大器中抽取储能，实现高增益放大输出。

脉冲压缩是啁啾脉冲放大技术的关键环节，超短超强激光系统中的脉冲压缩器一般由两对相互平行的大口径光栅组成，每块光栅的尺寸达数百毫米甚至米量级。光栅对若存在一定的不平行度，将引入额外的角色散，导致压缩脉冲的时域信噪比变差、聚焦焦斑弥散而增大，从而使得聚焦功率密度降低。为实现超短超强激光脉冲的输出，对大口径光栅脉冲压缩器进行精密调节是十分必要和紧迫的。

压缩器中每块光栅具有的三维角度需精密调节，包括方位旋转、俯仰旋转和面内旋转，如图2所示。目前，国内外研究人员对大口径光栅脉冲压缩器的调节大都采用间接的方法，通过对压缩器的各阶色散进行拟合计算后得出色散偏差量，从而指导压缩器调节，包括光谱干涉法、移相法、脉宽加远场焦斑法等。然而，这类方法所需的配套测量仪器价格昂贵且压缩器的调节精度依赖于拟合精度。另外，人们也提出了一些方法用来分别调节压缩器光栅的三维角度旋转，但调节精度较低。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种大口径光栅脉冲压缩器姿态的调节方法，本发明具有简单直接、三维角度可精确解耦、调节精度高等优点。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种大口径光栅脉冲压缩器姿态的调节方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，建立基准光路，所述基准光路包括第一激光器、第二激光器、合束器、第一透镜、第二透镜、分束器、角锥棱镜、第三透镜、物镜、CCD和显示器，

所述第一激光器和第二激光器的波长分别为λ₁、λ₂，所述λ₁>λ₂，所述第一激光器和第二激光器发出的光束分别经合束器透射、反射后成为同轴光束，所述同轴光束通过第一透镜、第二透镜构成的扩束系统后，光束口径增大成为扩束光，所述扩束光经分束器透射后光轴与大口径光栅脉冲压缩器使用时主激光脉冲的光轴平行，扩束光入射到角锥棱镜；经角锥棱镜的反射光通过分束器反射后，依次通过第三透镜、物镜后，成像到CCD上，所述CCD与显示器连接；所述第一激光器、第二激光器在所述显示器上形成的两个光斑重合，所述重合的光斑位于显示器屏幕中央，以显示器屏幕的中心点作为大口径光栅脉冲压缩器姿态调节的基准点；

步骤2，第一大口径光栅姿态的调节，所述第一大口径光栅姿态的调节包括以下步骤：

2a)，移出角锥棱镜，移入水平旋转台，在水平旋转台放置第一楔板，所述第一楔板的楔角为α₁，α₁满足如下关系：所述第一楔板的直角面镀有反射膜，镀有反射膜的直角面正对入射光的入射方向，旋转水平旋转台，使第一楔板的直角面的反射光在显示器上的光斑中心与基准点重合；

光束经第一楔板后，光束传输方向发生偏转，扩束光入射到第一大口径光栅上，第一大口径光栅对于波长λ₁而言为利特罗角入射，第一大口径光栅的λ₁衍射光沿原光路方向返回，调节第一大口径光栅的方位旋转，使得第一大口径光栅的λ₁衍射光在显示器上的光斑的中心位于显示器屏幕的中垂线上，完成第一大口径光栅方位旋转的调节；

2b)，观察λ₁衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第一大口径光栅(15)的面内旋转，使得λ₁衍射光斑中心与基准点重合；

2c)，移出第一楔板，移入第二楔板，第二楔板的楔角为α₂，α₂满足如下关系：所述第二楔板的直角面镀有反射膜，镀有反射膜的直角面正对入射光的入射方向，旋转水平旋转台，使第二楔板的直角面的反射光在显示器上的光斑中心与基准点重合；

扩束光经第二楔板后，光束传输方向发生偏转，扩束光入射到第一大口径光栅上，第一大口径光栅对于波长λ₂而言为利特罗角入射，第一大口径光栅的λ₂衍射光沿原光路方向返回，观察λ₂衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第一大口径光栅的俯仰旋转，使得λ₂衍射光斑中心与基准点重合；

2d)，移出第二楔板，移入第一楔板，旋转水平旋转台，使第一楔板(13)直角面的反射光在显示器上的光斑中心与基准点重合，调节第一大口径光栅的面内旋转，使得λ₁衍射光斑中心与基准点重合；

移出第一楔板，移入第二楔板，旋转水平旋转台，使第二楔板直角面的反射光在显示器上的光斑中心与基准点重合，调节第一大口径光栅的俯仰旋转，使得λ₂衍射光斑中心与基准点重合；

2e)，重复步骤2d)的方法，直至当用第一楔板调节的λ₁衍射光斑中心与基准点重合，并且当用第二楔板调节的λ₂衍射光斑中心与基准点重合时，完成第一大口径光栅方位旋转、俯仰旋转、面内旋转的调节；

步骤3，第二大口径光栅姿态的调节，所述第二大口径光栅姿态的调节包括以下步骤：

3a)，第一大口径光栅后移入水平旋转台，在水平旋转台上放置第三楔板，第三楔板的楔角为α₃，α₃满足如下关系：第三楔板的直角面镀有反射膜，镀有反射膜的直角面正对入射光的入射方向，旋转水平旋转台，使第三楔板直角面的反射光在显示器上的光斑中心与基准点重合；光束经第三楔板后传输方向发生偏转，光束入射到第二大口径光栅上，第二大口径光栅对于波长λ₁为利特罗角入射，其衍射光沿原光路方向返回，调节第二大口径光栅的方位旋转，使得第二大口径光栅的λ₁衍射光在显示器上的光斑中心位于显示器屏幕的中垂线上，完成第二大口径光栅方位旋转的调节；

3b)，观察λ₁衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第二大口径光栅的面内旋转，使得λ₁衍射光斑中心与基准点重合；

3c)，移出第三楔板，移入第四楔板，第四楔板的楔角为α₄，α₄满足如下关系：光束经第四楔板后，光束传输方向发生偏转，入射到第二大口径光栅上，第二大口径光栅对于波长λ₂为利特罗角入射，其衍射光沿原光路方向返回，观察λ₂衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第二大口径光栅的俯仰旋转，使得λ₂衍射光斑中心与基准点重合；

3d)，移出第四楔板，移入第三楔板，旋转水平旋转台，使第三楔板直角面的反射光在显示器上的光斑与基准点重合，调节第二大口径光栅的面内旋转，使得λ₁衍射光斑中心与基准点重合；

移出第三楔板，移入第四楔板，旋转水平旋转台，使第四楔板直角面的反射光在显示器上的光斑与基准点重合，调节第二大口径光栅的俯仰旋转，使得λ₂衍射光斑中心与基准点重合；

3e)，重复步骤3d)的方法，直至当用第三楔板调节的λ₁衍射光斑中心与基准点重合，并且当用第四楔板调节的λ₂衍射光斑中心与基准点重合时，完成第二大口径光栅方位旋转、俯仰旋转、面内旋转的调节；

步骤4，第三大口径光栅姿态的调节，所述第三大口径光栅姿态的调节包括以下步骤：

4a)，第二大口径光栅后移入水平旋转台，在水平旋转台放置第一楔板，旋转水平旋转台，使第一楔板的直角面的反射光在显示器上的光斑中心与基准点重合；

光束经第一楔板后，光束传输方向发生偏转，扩束光入射到第三大口径光栅上，第三大口径光栅对于波长λ₁为利特罗角入射，第三大口径光栅的λ₁衍射光沿原光路方向返回，

调节第三大口径光栅的方位旋转，使得第三大口径光栅的λ₁衍射光在显示器上的光斑中心位于显示器屏幕的中垂线上，完成第三大口径光栅方位旋转的调节；

4b)，观察λ₁衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第三大口径光栅的面内旋转，使得λ₁衍射光斑中心与基准点重合；

4c)，移出第一楔板，移入第二楔板，光束经第二楔板后，光束传输方向发生偏转，光束入射到第三大口径光栅上，第三大口径光栅对于波长λ₂为利特罗角入射，第三大口径光栅的λ₂衍射光沿原光路方向返回，观察λ₂衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第三大口径光栅的俯仰旋转，使得λ₂衍射光斑中心与基准点重合；

4d)，移出第二楔板，移入第一楔板，旋转水平旋转台，使第一楔板直角面的反射光在显示器上的光斑与基准点重合，调节第三大口径光栅的面内旋转，使得λ₁衍射光斑中心与基准点重合；

移出第一楔板，移入第二楔板，旋转水平旋转台，使第二楔板直角面的反射光在显示器上的光斑与基准点重合，调节第三大口径光栅的俯仰旋转，使得λ₂衍射光斑中心与基准点重合；

4e)，重复步骤4d)的方法，直至当用第一楔板调节的λ₁衍射光斑中心与基准点重合，并且当用第二楔板调节的λ₂衍射光斑中心与基准点重合时，完成第三大口径光栅方位旋转、俯仰旋转、面内旋转的调节；

步骤5，第四大口径光栅姿态的调节，所述第四大口径光栅姿态的调节包括以下步骤：

5a)，第三大口径光栅后移入水平旋转台，在水平旋转台上放置第三楔板，旋转水平旋转台，使第三楔板直角面的反射光在显示器上的光斑中心与基准点重合；

光束经第三楔板后，传输方向发生偏转，光束入射到第四大口径光栅上，第四大口径光栅对于波长λ₁为利特罗角入射，其衍射光沿原光路方向返回，调节第四大口径光栅的方位旋转，使得第四大口径光栅的λ₁衍射光在显示器上的光斑中心位于显示器屏幕的中垂线上，完成第四大口径光栅方位旋转的调节；

5b)，观察λ₁衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第四大口径光栅的面内旋转，使得λ₁衍射光斑中心与基准点重合；

5c)，移出第三楔板，移入第四楔板，光束经第四楔板后，光束传输方向发生偏转，入射到第四大口径光栅上，第四大口径光栅对于波长λ₂为利特罗角入射，其λ₂衍射光沿原光路方向返回，观察λ₂衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第四大口径光栅的俯仰旋转，使得λ₂衍射光斑中心与基准点重合；

5d)，移出第四楔板，移入第三楔板，旋转水平旋转台，使第三楔板直角面的反射光在显示器上的光斑中心与基准点重合，调节第四大口径光栅的面内旋转，使得λ₁衍射光斑中心与基准点重合；

移出第三楔板，移入第四楔板，旋转水平旋转台，使第四楔板直角面的反射光在显示器上的光斑中心与基准点重合，调节第四大口径光栅的俯仰旋转，使得λ₂衍射光斑中心与基准点重合；

5e)，重复步骤5d)的方法，直至当用第三楔板调节的λ₁衍射光斑中心与基准点重合，并且当用第四楔板调节的λ₂衍射光斑中心与基准点重合时，完成第四大口径光栅方位旋转、俯仰旋转、面内旋转的调节；

其中，步骤2-步骤5中，γ₀为大口径光栅脉冲压缩器使用时激光脉冲的入射角，d为第一、第二、第三、第四大口径光栅的光栅常数，n为第一、第二、第三、第四楔板所用材料的折射率，n₀为空气的折射率。

所述第一激光器、第二激光器均为连续光源。

所述第一激光器、第二激光器为光纤激光器或固体激光器。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

①本发明采用双色波长方法，可对大口径光栅姿态的三维角度分别进行精密调节，实现三维角度的精密解耦；②本发明根据大口径光栅的光栅常数、脉冲激光中心波长、入射角等参数，通过合理选择激光器波长、楔板材料、楔角等参数，优化设计扩束系统的透镜参数、成像物镜参数等，大口径光栅的姿态调节精度可达数个μrad量级；③本发明能够实现大口径光栅脉冲压缩器姿态的精密调节，对于获得高时空质量的超短超强激光脉冲具有重要的意义。

附图说明

图1是本发明大口径光栅脉冲压缩器姿态调节方法的结构示意图。其中，a-b为角锥棱镜移出光路的方向，b-a为角锥棱镜移入光路的方向，c-d为第一楔板、第二楔板移出光路的方向，d-c为第一楔板、第二楔板移入光路的方向，e-f、均为水平旋转台的旋转方向，m-n为第三楔板、第四楔板移出光路的方向，n-m为第三楔板、第四楔板移入光路的方向。

图2为本发明中大口径光栅的三维角度旋转示意图。(其中，a-b、b-a均为方位旋转，c-d、d-c均为面内旋转，e-f、f-e均为俯仰旋转)

图3为本发明中第一楔板的结构示意图。

图4为本发明中第二楔板的结构示意图。

图5为本发明中第三楔板的结构示意图。

图6为本发明中第四楔板的结构示意图。

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明大口径光栅脉冲压缩器姿态的调节方法做进一步的详细阐述，以求更为清楚地理解其实现过程，但不应以此来限制本发明的保护范围。

本实施例大口径光栅脉冲压缩器姿态的调节方法包括如下步骤：

步骤1，建立基准光路，所述基准光路包括第一激光器1、第二激光器2、合束器3、第一透镜4、第二透镜5、分束器6、角锥棱镜7、第三透镜8、物镜9、CCD10和显示器11；

作为优选，本实施例第一激光器1和第二激光器2的波长分别为1053nm、1047nm，所述第一激光器1和第二激光器2发出的光束分别经合束器3透射、反射后成为同轴光束，所述同轴光束通过第一透镜4、第二透镜5构成的扩束系统后，光束口径增大为Φ100mm，所述扩束光经分束器6透射后光轴与大口径光栅脉冲压缩器使用时主激光脉冲的光轴平行，扩束光入射到角锥棱镜7；经角锥棱镜7的反射光通过分束器6反射后，依次通过第三透镜8、物镜9后，成像到CCD10上，所述CCD10与显示器11连接；第三透镜8的焦距为500mm，物镜的放大倍数为20，所述第一激光器1、第二激光器2在所述显示器上形成的两个光斑重合，所述重合的光斑位于显示器屏幕中央，以显示器屏幕的中心点作为大口径光栅脉冲压缩器姿态调节的基准点；

本实施例中所有楔板的材料均为熔石英，折射率均为1.45，直角面镀有反射膜。空气折射率为1.00。

本实施例中采用的大口径光栅尺寸为430mm×350mm，光栅常数为1/1740mm。大口径光栅脉冲压缩器使用时主激光脉冲的入射角为70°。

步骤2，第一大口径光栅15姿态的调节，所述第一大口径光栅姿态的调节包括以下步骤：

2a)，移出角锥棱镜7，移入水平旋转台12，在水平旋转台12放置第一楔板13，所述第一楔板13的楔角为7.9867°，镀有反射膜的直角面正对入射光的入射方向，旋转水平旋转台12，使第一楔板13的直角面的反射光在显示器11上的光斑中心与基准点重合；

光束经第一楔板13后，光束传输方向发生偏转，扩束光入射到第一大口径光栅15上，调节第一大口径光栅15的方位旋转，使得第一大口径光栅15的1053nm衍射光在显示器上的光斑中心位于显示器屏幕的中垂线上，完成第一大口径光栅15方位旋转的调节；

2b)，观察1053nm衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第一大口径光栅15的面内旋转，使得1053nm衍射光斑中心与基准点重合；

2c)，移出第一楔板13，移入第二楔板14，第二楔板14的楔角为9.5529°，镀有反射膜的直角面正对入射光的入射方向，旋转水平旋转台12，使第二楔板14的直角面的反射光在显示器11上的光斑中心与基准点重合；

光束经第二楔板14后，光束传输方向发生偏转，扩束光入射到第一大口径光栅15上，观察1047nm衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第一大口径光栅15的俯仰旋转，使得1047nm衍射光斑中心与基准点重合；

2d)，移出第二楔板14，移入第一楔板13，旋转水平旋转台12，使第一楔板13直角面的反射光在显示器11上的光斑中心与基准点重合，调节第一大口径光栅15的面内旋转，使得1053nm衍射光斑中心与基准点重合；

移出第一楔板13，移入第二楔板14，旋转水平旋转台12，使第二楔板14直角面的反射光在显示器11上的光斑与基准点重合，调节第一大口径光栅15的俯仰旋转，使得1047nm衍射光斑中心与基准点重合；

2e)，重复步骤2d)的方法，直至当用第一楔板13调节的1053nm衍射光斑中心与基准点重合，并且当用第二楔板14调节的1047nm衍射光斑中心与基准点重合时，完成第一大口径光栅15方位旋转、俯仰旋转、面内旋转的调节；

步骤3，第二大口径光栅18姿态的调节，所述第二大口径光栅姿态的调节包括以下步骤：

3a)，第一大口径光栅15后移入水平旋转台12，在水平旋转台12上放置第三楔板16，第三楔板16的楔角为6.9850°，镀有反射膜的直角面正对入射光的入射方向，旋转水平旋转台12，使第三楔板16直角面的反射光在显示器11上的光斑中心与基准点重合；光束经第三楔板16后传输方向发生偏转，光束入射到第二大口径光栅18上，调节第二大口径光栅18的方位旋转，使得第二大口径光栅18的1053nm衍射光在显示器上的光斑中心位于显示器屏幕的中垂线上，完成第二大口径光栅18方位旋转的调节；

3b)，观察1053nm衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第二大口径光栅18的面内旋转，使得1053nm衍射光斑中心与基准点重合；

3c)，移出第三楔板16，移入第四楔板17，第四楔板17的楔角为8.1953°，光束经第四楔板17后，光束传输方向发生偏转，入射到第二大口径光栅18上，观察1047nm衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第二大口径光栅18的俯仰旋转，使得1047nm衍射光斑中心与基准点重合；

3d)，移出第四楔板17，移入第三楔板16，旋转水平旋转台12，使第三楔板16直角面的反射光在显示器11上的光斑与基准点重合，调节第二大口径光栅18的面内旋转，使得1053nm衍射光斑中心与基准点重合；

移出第三楔板16，移入第四楔板17，旋转水平旋转台12，使第四楔板17直角面的反射光在显示器11上的光斑与基准点重合，调节第二大口径光栅18的俯仰旋转，使得1047nm衍射光斑中心与基准点重合；

3e)，重复步骤3d)的方法，直至当用第三楔板16调节的1053nm衍射光斑中心与基准点重合，并且当用第四楔板17调节的1047nm衍射光斑中心与基准点重合时，完成第二大口径光栅18方位旋转、俯仰旋转、面内旋转的调节；

步骤4，第三大口径光栅19姿态的调节，所述第三大口径光栅姿态的调节包括以下步骤：

4a)，第二大口径光栅18后移入水平旋转台12，在水平旋转台12放置第一楔板13，旋转水平旋转台12，使第一楔板13的直角面的反射光在显示器11上的光斑中心与基准点重合；

光束经第一楔板13后，光束传输方向发生偏转，光束入射到第三大口径光栅19上，调节第三大口径光栅19的方位旋转，使得第三大口径光栅19的1053nm衍射光在显示器上的光斑中心位于显示器屏幕的中垂线上，完成第三大口径光栅19方位旋转的调节；

4b)，观察1053nm衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第三大口径光栅19的面内旋转，使得1053nm衍射光斑中心与基准点重合；

4c)，移出第一楔板13，移入第二楔板14，光束经第二楔板14后，光束传输方向发生偏转，光束入射到第三大口径光栅19上，观察1047nm衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第三大口径光栅19的俯仰旋转，使得1047nm衍射光斑中心与基准点重合；

4d)，移出第二楔板14，移入第一楔板13，旋转水平旋转台12，使第一楔板13直角面的反射光在显示器11上的光斑与基准点重合，调节第三大口径光栅19的面内旋转，使得1053nm衍射光斑中心与基准点重合；

移出第一楔板13，移入第二楔板14，旋转水平旋转台12，使第二楔板14直角面的反射光在显示器11上的光斑与基准点重合，调节第三大口径光栅19的俯仰旋转，使得1047nm衍射光斑中心与基准点重合；

4e)，重复步骤4d)的方法，直至当用第一楔板13调节的1053nm衍射光斑中心与基准点重合，并且当用第二楔板14调节的1047nm衍射光斑中心与基准点重合时，完成第三大口径光栅19方位旋转、俯仰旋转、面内旋转的调节；

步骤5，第四大口径光栅20姿态的调节，所述第四大口径光栅姿态的调节包括以下步骤：

5a)，第三大口径光栅19后移入水平旋转台12，在水平旋转台12上放置第三楔板16，旋转水平旋转台12，使第三楔板16直角面的反射光在显示器11上的光斑中心与基准点重合，

光束经第三楔板16后，传输方向发生偏转，光束入射到第四大口径光栅20上，调节第四大口径光栅20的方位旋转，使得第四大口径光栅20的1053nm衍射光在显示器上的光斑中心位于显示器屏幕的中垂线上，完成第四大口径光栅20方位旋转的调节；

5b)，观察1053nm衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第四大口径光栅20的面内旋转，使得1053nm衍射光斑中心与基准点重合；

5c)，移出第三楔板16，移入第四楔板17，光束经第四楔板17后，光束传输方向发生偏转，入射到第四大口径光栅20上，观察1047nm衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第四大口径光栅20的俯仰旋转，使得1047nm衍射光斑中心与基准点重合；

5d)，移出第四楔板17，移入第三楔板16，旋转水平旋转台12，使第三楔板16直角面的反射光在显示器11上的光斑中心与基准点重合，调节第四大口径光栅20的面内旋转，使得1053nm衍射光斑中心与基准点重合；

移出第三楔板16，移入第四楔板17，旋转水平旋转台12，使第四楔板17直角面的反射光在显示器11上的光斑中心与基准点重合，调节第四大口径光栅20的俯仰旋转，使得1047nm衍射光斑中心与基准点重合；

5e)，重复步骤5d)的方法，直至当用第三楔板16调节的1053nm衍射光斑中心与基准点重合，并且当用第四楔板17调节的1047nm衍射光斑中心与基准点重合时，完成第四大口径光栅20方位旋转、俯仰旋转、面内旋转的调节；

本实施例中，根据上述参数，认为理想情况下第一激光器、第二激光器经第三透镜聚焦后焦斑直径为两倍衍射极限，即分别为：2×2.44×1053nm×500mm/100mm＝25.69μm、2×2.44×1047nm×500mm/100mm＝25.55μm；

假定焦斑位置的观察误差为一个光斑半径，即25.69/2＝12.85μm，则大口径光栅脉冲压缩器的方位旋转调节误差、俯仰旋转调节误差、面内旋转调节误差分别为1.3μrad、3.3μrad、2.0μrad，即大口径光栅脉冲压缩器姿态的三维角度调节误差均可控制在3.5μrad以内，调节精度高。

尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。

Claims (3)

1.一种大口径光栅脉冲压缩器姿态的调节方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，建立基准光路，所述基准光路包括第一激光器(1)、第二激光器(2)、合束器(3)、第一透镜(4)、第二透镜(5)、分束器(6)、角锥棱镜(7)、第三透镜(8)、物镜(9)、CCD(10)和显示器(11)，

所述第一激光器(1)和第二激光器(2)的波长分别为λ₁、λ₂，所述λ₁>λ₂，所述第一激光器(1)和第二激光器(2)发出的光束分别经合束器(3)透射、反射后成为同轴光束，所述同轴光束通过第一透镜(4)、第二透镜(5)构成的扩束系统后，光束口径增大成为扩束光，所述扩束光经分束器(6)透射后光轴与大口径光栅脉冲压缩器使用时主激光脉冲的光轴平行，扩束光入射到角锥棱镜(7)；经角锥棱镜(7)的反射光通过分束器(6)反射后，依次通过第三透镜(8)、物镜(9)后，成像到CCD(10)上，所述CCD(10)与显示器(11)连接；所述第一激光器(1)、第二激光器(2)在所述显示器上形成的两个光斑重合，所述重合的光斑位于显示器屏幕中央，以显示器屏幕的中心点作为大口径光栅脉冲压缩器姿态调节的基准点；

步骤2，第一大口径光栅(15)姿态的调节，所述第一大口径光栅姿态的调节包括以下步骤：

2a)，移出角锥棱镜(7)，移入水平旋转台(12)，在水平旋转台(12)放置第一楔板(13)，所述第一楔板(13)的楔角为α₁，α₁满足如下关系：所述第一楔板(13)的直角面镀有反射膜，镀有反射膜的直角面正对入射光的入射方向，旋转水平旋转台(12)，使第一楔板(13)的直角面的反射光在显示器(11)上的光斑中心与基准点重合；

光束经第一楔板(13)后，光束传输方向发生偏转，扩束光入射到第一大口径光栅(15)上，第一大口径光栅(15)对于波长λ₁而言为利特罗角入射，第一大口径光栅(15)的λ₁衍射光沿原光路方向返回，调节第一大口径光栅(15)的方位旋转，使得第一大口径光栅(15)的λ₁衍射光在显示器上的光斑的中心位于显示器屏幕的中垂线上，完成第一大口径光栅(15)方位旋转的调节；

2b)，观察λ₁衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第一大口径光栅(15)的面内旋转，使得λ₁衍射光斑中心与基准点重合；

2c)，移出第一楔板(13)，移入第二楔板(14)，第二楔板(14)的楔角为α₂，α₂满足如下关系：所述第二楔板(14)的直角面镀有反射膜，镀有反射膜的直角面正对入射光的入射方向，旋转水平旋转台(12)，使第二楔板(14)的直角面的反射光在显示器(11)上的光斑中心与基准点重合；

扩束光经第二楔板(14)后，光束传输方向发生偏转，扩束光入射到第一大口径光栅(15)上，第一大口径光栅(15)对于波长λ₂而言为利特罗角入射，第一大口径光栅(15)的λ₂衍射光沿原光路方向返回，观察λ₂衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第一大口径光栅(15)的俯仰旋转，使得λ₂衍射光斑中心与基准点重合；

2d)，移出第二楔板(14)，移入第一楔板(13)，旋转水平旋转台(12)，使第一楔板(13)直角面的反射光在显示器(11)上的光斑中心与基准点重合，调节第一大口径光栅(15)的面内旋转，使得λ₁衍射光斑中心与基准点重合；

移出第一楔板(13)，移入第二楔板(14)，旋转水平旋转台(12)，使第二楔板(14)直角面的反射光在显示器(11)上的光斑与基准点重合，调节第一大口径光栅(15)的俯仰旋转，使得λ₂衍射光斑中心与基准点重合；

2e)，重复步骤2d)的方法，直至当用第一楔板(13)调节的λ₁衍射光斑中心与基准点重合，并且当用第二楔板(14)调节的λ₂衍射光斑中心与基准点重合时，完成第一大口径光栅(15)方位旋转、俯仰旋转、面内旋转的调节；

步骤3，第二大口径光栅(18)姿态的调节，所述第二大口径光栅姿态的调节包括以下步骤：

3a)，第一大口径光栅(15)后移入水平旋转台(12)，在水平旋转台(12)上放置第三楔板(16)，第三楔板(16)的楔角为α₃，α₃满足如下关系：第三楔板(16)的直角面镀有反射膜，镀有反射膜的直角面正对入射光的入射方向，旋转水平旋转台(12)，使第三楔板(16)直角面的反射光在显示器(11)上的光斑中心与基准点重合；光束经第三楔板(16)后传输方向发生偏转，光束入射到第二大口径光栅(18)上，第二大口径光栅(18)对于波长λ₁为利特罗角入射，其衍射光沿原光路方向返回，调节第二大口径光栅(18)的方位旋转，使得第二大口径光栅(18)的λ₁衍射光在显示器上的光斑中心位于显示器屏幕的中垂线上，完成第二大口径光栅(18)方位旋转的调节；

3b)，观察λ₁衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第二大口径光栅(18)的面内旋转，使得λ₁衍射光斑中心与基准点重合；

3c)，移出第三楔板(16)，移入第四楔板(17)，第四楔板(17)的楔角为α₄，α₄满足如下关系：

光束经第四楔板(17)后，光束传输方向发生偏转，入射到第二大口径光栅(18)上，第二大口径光栅(18)对于波长λ₂为利特罗角入射，其衍射光沿原光路方向返回，观察λ₂衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第二大口径光栅(18)的俯仰旋转，使得λ₂衍射光斑中心与基准点重合；

3d)，移出第四楔板(17)，移入第三楔板(16)，旋转水平旋转台(12)，使第三楔板(16)直角面的反射光在显示器(11)上的光斑与基准点重合，调节第二大口径光栅(18)的面内旋转，使得λ₁衍射光斑中心与基准点重合；

移出第三楔板(16)，移入第四楔板(17)，旋转水平旋转台(12)，使第四楔板(17)直角面的反射光在显示器(11)上的光斑与基准点重合，调节第二大口径光栅(18)的俯仰旋转，使得λ₂衍射光斑中心与基准点重合；

3e)，重复步骤3d)的方法，直至当用第三楔板(16)调节的λ₁衍射光斑中心与基准点重合，并且当用第四楔板(17)调节的λ₂衍射光斑中心与基准点重合时，完成第二大口径光栅(18)方位旋转、俯仰旋转、面内旋转的调节；

步骤4，第三大口径光栅(19)姿态的调节，所述第三大口径光栅姿态的调节包括以下步骤：

4a)，第二大口径光栅(18)后移入水平旋转台(12)，在水平旋转台(12)放置第一楔板(13)，旋转水平旋转台(12)，使第一楔板(13)的直角面的反射光在显示器(11)上的光斑中心与基准点重合；

光束经第一楔板(13)后，光束传输方向发生偏转，扩束光入射到第三大口径光栅(19)上，第三大口径光栅(19)对于波长λ₁为利特罗角入射，第三大口径光栅(19)的λ₁衍射光沿原光路方向返回，调节第三大口径光栅(19)的方位旋转，使得第三大口径光栅(19)的λ₁衍射光在显示器上的光斑中心位于显示器屏幕的中垂线上，完成第三大口径光栅(19)方位旋转的调节；

4b)，观察λ₁衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第三大口径光栅(19)的面内旋转，使得λ₁衍射光斑中心与基准点重合；

4c)，移出第一楔板(13)，移入第二楔板(14)，光束经第二楔板(14)后，光束传输方向发生偏转，光束入射到第三大口径光栅(19)上，第三大口径光栅(19)对于波长λ₂为利特罗角入射，第三大口径光栅(19)的λ₂衍射光沿原光路方向返回，观察λ₂衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第三大口径光栅(19)的俯仰旋转，使得λ₂衍射光斑中心与基准点重合；

4d)，移出第二楔板(14)，移入第一楔板(13)，旋转水平旋转台(12)，使第一楔板(13)直角面的反射光在显示器(11)上的光斑与基准点重合，调节第三大口径光栅(19)的面内旋转，使得λ₁衍射光斑中心与基准点重合；

移出第一楔板(13)，移入第二楔板(14)，旋转水平旋转台(12)，使第二楔板(14)直角面的反射光在显示器(11)上的光斑与基准点重合，调节第三大口径光栅(19)的俯仰旋转，使得λ₂衍射光斑中心与基准点重合；

4e)，重复步骤4d)的方法，直至当用第一楔板(13)调节的λ₁衍射光斑中心与基准点重合，并且当用第二楔板(14)调节的λ₂衍射光斑中心与基准点重合时，完成第三大口径光栅(19)方位旋转、俯仰旋转、面内旋转的调节；

步骤5，第四大口径光栅(20)姿态的调节，所述第四大口径光栅姿态的调节包括以下步骤：

5a)，第三大口径光栅(19)后移入水平旋转台(12)，在水平旋转台(12)上放置第三楔板(16)，旋转水平旋转台(12)，使第三楔板(16)直角面的反射光在显示器(11)上的光斑中心与基准点重合；

光束经第三楔板(16)后，传输方向发生偏转，光束入射到第四大口径光栅(20)上，第四大口径光栅(20)对于波长λ₁为利特罗角入射，其衍射光沿原光路方向返回，调节第四大口径光栅(20)的方位旋转，使得第四大口径光栅(20)的λ₁衍射光在显示器上的光斑中心位于显示器屏幕的中垂线上，完成第四大口径光栅(20)方位旋转的调节；

5b)，观察λ₁衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第四大口径光栅(20)的面内旋转，使得λ₁衍射光斑中心与基准点重合；

5c)，移出第三楔板(16)，移入第四楔板(17)，光束经第四楔板(17)后，光束传输方向发生偏转，入射到第四大口径光栅(20)上，第四大口径光栅(20)对于波长λ₂为利特罗角入射，其λ₂衍射光沿原光路方向返回，观察λ₂衍射光斑在显示器屏幕的上下位置，调节第四大口径光栅(20)的俯仰旋转，使得λ₂衍射光斑中心与基准点重合；

5d)，移出第四楔板(17)，移入第三楔板(16)，旋转水平旋转台(12)，使第三楔板(16)直角面的反射光在显示器(11)上的光斑中心与基准点重合，调节第四大口径光栅(20)的面内旋转，使得λ₁衍射光斑中心与基准点重合；

移出第三楔板(16)，移入第四楔板(17)，旋转水平旋转台(12)，使第四楔板(17)直角面的反射光在显示器(11)上的光斑中心与基准点重合，调节第四大口径光栅(20)的俯仰旋转，使得λ₂衍射光斑中心与基准点重合；

5e)，重复步骤5d)的方法，直至当用第三楔板(16)调节的λ₁衍射光斑中心与基准点重合，并且当用第四楔板(17)调节的λ₂衍射光斑中心与基准点重合时，完成第四大口径光栅(20)方位旋转、俯仰旋转、面内旋转的调节；

其中，步骤2-步骤5中，γ₀为大口径光栅脉冲压缩器使用时激光脉冲的入射角，d为第一、第二、第三、第四大口径光栅的光栅常数，n为第一、第二、第三、第四楔板所用材料的折射率，n₀为空气的折射率。

2.根据权利要求1所述的大口径光栅脉冲压缩器姿态的调节方法，其特征在于，所述第一激光器、第二激光器均为连续光源。

3.根据权利要求1所述的大口径光栅脉冲压缩器姿态的调节方法，其特征在于，所述第一激光器、第二激光器为光纤激光器或固体激光器。