CN109066275B - 一种便于扩展的脉冲展宽器结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便于扩展的脉冲展宽器结构，其采用了光栅、凹球面镜、凸面镜对光进行展宽，和采用了第一平面反射镜、第二平面反射镜、以及若干的第三平面反射镜来实现光脉冲的来回多次展宽，并且其至少设有1个第三平面反射镜进行光的垂直反射，如此，采用了折叠结构，一方面便于光的原路返回，另一方面通过增设第三平面反射镜就能增加光来回展宽的次数，其扩展性好，与常规offner展宽器相比，有利于在实现相同展宽量的情况下缩少本脉冲展宽器的整体尺寸，其具有突出的实质性特点和显著的进步；另，本案采用了光纤准直器进行光的输入和输出，便于光纤类超快激光器的使用。

Description

一种便于扩展的脉冲展宽器结构
技术领域
本发明涉及一种便于扩展的脉冲展宽器结构。
背景技术
随着工业飞秒超快激光器的不断发展，超短脉冲的放大在很长时间一直是科研界非常头痛的问题。极短的脉冲不利于吸收放大截止中的能量，和高峰值功率极易破坏放大器中的光学元器件。通过将脉冲的横截面积扩大，可以解决一部分问题，但是面积扩大带来能量密度的减小，更不利于吸收增益介质的存储能量，而且能够放大光斑直径的大小也因为晶体生长的困难达到了极限。为了放大超高峰值功率的激光脉冲，Gerard Mourou和Donna Strickland发明了啁啾脉冲放大技术，并因此获得了2018年诺贝尔物理学奖。啁啾脉冲放大技术使得超强激光能够达到的极限由1015W/cm2,一路增长到1025W/cm2以上。其核心原理就是利用展宽器将脉冲展宽，将脉冲的峰值功率降低，然后进行常规放大，再压缩回窄脉宽，获得极高的峰值功率。一个激光器能够得到多大的峰值功率，很大程度上是由展宽器的展宽能力所决定的。早期Mourou使用的光纤技术进行展宽并不能够获得很大的展宽量。常规是利用offner展宽器和光纤展宽器。Offner展宽器由于能够承受较大的功率，而且可以参数自有调节匹配，经常被用在固体科研型超快激光器中，而且体积庞大，使用环境苛刻不利于在工业等大规模应用中。
到目前为止并没有小型化的大展宽量的光纤耦合型offner展宽器被研制出来。因此，如何克服上述存在的缺陷，已成为本领域技术人员亟待解决的重要课题。
发明内容
本发明克服了上述技术的不足，提供了一种便于扩展的脉冲展宽器结构。
为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种便于扩展的脉冲展宽器结构，包括有光纤准直器1、第一平面反射镜2、光栅3、凹球面镜4、凸面镜5、第二平面反射镜6、以及N个第三平面反射镜7，N为自然数；其中，所述光纤准直器1和N个第三平面反射镜7都位于所述第一平面反射镜2的同一外侧并且位置有错开，所述第一平面反射镜2用于将所述光纤准直器1的准直出射光反射到所述光栅3上和将所述第三平面反射镜7反射来的光反射到所述光栅3上、以及用于将所述光栅3衍射至第一平面反射镜2的光反射到所述光纤准直器1中或反射到所述第三平面反射镜7上，所述第一平面反射镜2和所述第二平面反射镜6位于所述光栅3的同一外侧并且位置有错开，所述光栅3用于将所述第一平面反射镜2反射来的光衍射到所述凹球面镜4上和将所述第二平面反射镜6反射来的光衍射到所述凹球面镜4、以及用于将所述凹球面镜4反射来的光衍射到所述第二平面反射镜6上或衍射到所述第一平面反射镜2上，所述凹球面镜4与所述凸面镜5共心设置，所述凸面镜5用于将所述凹球面镜4反射来的光反射回凹球面镜4上，所述第二平面反射镜6用于将所述光栅3衍射到第二平面反射镜6的光非垂直的反射回光栅3上以便于在后续过程中所述光栅3衍射到所述第一平面反射镜2的光能够反射到所述第三平面反射镜7上，该N个第三平面反射镜7分别用于将所述第一平面反射镜2反射来的光反射回所述第一平面反射镜2上，并且当N等于1时，通过调节使该N个第三平面反射镜7用于将所述第一平面反射镜2反射来的光垂直反射回所述第一平面反射镜2上，当N大于1时，通过调节使N-1个第三平面反射镜7分别用于将所述第一平面反射镜2反射来的光非垂直的反射回所述第一平面反射镜2上，通过调节使最后剩余的1个第三平面反射镜7用于将所述第一平面反射镜2反射来的光垂直反射回所述第一平面反射镜2上。
如上所述的一种便于扩展的脉冲展宽器结构，所述光栅3采用透射光栅，其位于所述凹球面镜4与所述凸面镜5之间并且错开高度以不阻碍凹球面镜4与所述凸面镜5之间光的反射。
如上所述的一种便于扩展的脉冲展宽器结构，所述光纤准直器1的尾部通过光纤连接有光环形器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本案脉冲展宽器采用了光栅、凹球面镜、凸面镜对光进行展宽，和采用了第一平面反射镜、第二平面反射镜、以及若干的第三平面反射镜来实现光脉冲的来回多次展宽，并且其至少设有1个第三平面反射镜进行光的垂直反射，如此，采用了折叠结构，一方面便于光的原路返回，另一方面通过增设第三平面反射镜就能增加光来回展宽的次数，其扩展性好，与常规offner展宽器相比，有利于在实现相同展宽量的情况下缩少本脉冲展宽器的整体尺寸，其具有突出的实质性特点和显著的进步；另，本案采用了光纤准直器进行光的输入和输出，便于光纤类超快激光器的使用。
2、所述光栅采用透射光栅，其位于所述凹球面镜与所述凸面镜之间并且错开高度以不阻碍凹球面镜与所述凸面镜之间光的反射，如此，便于更好的缩少本脉冲展宽器的整体尺寸。
3、所述光纤准直器的尾部通过光纤连接有光环形器，如此，便于通过光环形器将激光器种子源的光输入至本脉冲展宽器和将经本脉冲展宽器展宽后的光输出，其应用方便。
附图说明
图1是本案的结构示意图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1所示，一种便于扩展的脉冲展宽器结构，包括有光纤准直器1、第一平面反射镜2、光栅3、凹球面镜4、凸面镜5、第二平面反射镜6、以及N个第三平面反射镜7，N为自然数；其中，所述光纤准直器1和N个第三平面反射镜7都位于所述第一平面反射镜2的同一外侧并且位置有错开，所述第一平面反射镜2用于将所述光纤准直器1的准直出射光反射到所述光栅3上和将所述第三平面反射镜7反射来的光反射到所述光栅3上、以及用于将所述光栅3衍射至第一平面反射镜2的光反射到所述光纤准直器1中或反射到所述第三平面反射镜7上，所述第一平面反射镜2和所述第二平面反射镜6位于所述光栅3的同一外侧并且位置有错开，所述光栅3用于将所述第一平面反射镜2反射来的光衍射到所述凹球面镜4上和将所述第二平面反射镜6反射来的光衍射到所述凹球面镜4、以及用于将所述凹球面镜4反射来的光衍射到所述第二平面反射镜6上或衍射到所述第一平面反射镜2上，所述凹球面镜4与所述凸面镜5共心设置，所述凸面镜5用于将所述凹球面镜4反射来的光反射回凹球面镜4上，所述第二平面反射镜6用于将所述光栅3衍射到第二平面反射镜6的光非垂直的反射回光栅3上以便于在后续过程中所述光栅3衍射到所述第一平面反射镜2的光能够反射到所述第三平面反射镜7上，该N个第三平面反射镜7分别用于将所述第一平面反射镜2反射来的光反射回所述第一平面反射镜2上，并且当N等于1时，通过调节使该N个第三平面反射镜7用于将所述第一平面反射镜2反射来的光垂直反射回所述第一平面反射镜2上，当N大于1时，通过调节使N-1个第三平面反射镜7分别用于将所述第一平面反射镜2反射来的光非垂直的反射回所述第一平面反射镜2上，通过调节使最后剩余的1个第三平面反射镜7用于将所述第一平面反射镜2反射来的光垂直反射回所述第一平面反射镜2上。
如上所述，当只采用1个第三平面反射镜7时，本案的光脉冲展宽过程如下：所述光纤准直器1的准直出射光经过所述第一平面反射镜2反射至所述光栅3上，所述光栅3将光衍射到所述凹球面镜4上，所述凹球面镜4将光汇聚反射到所述凸面镜5上，所述凸面镜5将光反射回所述凹球面镜4，所述凹球面镜4将光反射回所述光栅3上，所述光栅3将光衍射到所述第二平面反射镜6上，然后所述第二平面反射镜6将光非垂直反射回所述光栅3，所述光栅3再将光衍射到所述凹球面镜4上，所述凹球面镜4将光汇聚反射到所述凸面镜5上，所述凸面镜5将光反射回所述凹球面镜4，所述凹球面镜4将光反射回所述光栅3上，所述光栅3将光衍射到所述第一平面反射镜2上，所述第一平面反射镜2将光反射到所述第三平面反射镜7上，然后所述第三平面反射镜7将光垂直反射原路返回，逆向之前所走的路线，最后通过所述第一平面反射镜2将光反射回所述光纤准直器1中。
如上所述，当采用2个第三平面反射镜7时，在采用1个第三平面反射镜7的脉冲展宽器结构基础上，调整所述第三平面反射镜7的角度使其将第一平面反射镜2反射来的光非垂直反射回所述第一平面反射镜2上，如此，在采用1个第三平面反射镜7的光脉冲展宽过程的末端，所述第一平面反射镜2不会将光反射回所述光纤准直器1中，而是打偏到另1个位置，这时将第2个的第三平面反射镜7设置在这个位置并且使其将第一平面反射镜2反射来的光垂直反射，然后就能逆向之前所走的路线，最后通过所述第一平面反射镜2将光反射回所述光纤准直器1中，其具体的光脉冲展宽过程如下：所述光纤准直器1的准直出射光经过所述第一平面反射镜2反射至所述光栅3，所述光栅3将光衍射到所述凹球面镜4上，所述凹球面镜4将光汇聚反射到所述凸面镜5上，所述凸面镜5将光反射回所述凹球面镜4，所述凹球面镜4将光反射回所述光栅3上，所述光栅3将光衍射到所述第二平面反射镜6上，然后所述第二平面反射镜6将光非垂直反射回所述光栅3，所述光栅3再将光衍射到所述凹球面镜4上，所述凹球面镜4将光汇聚反射到所述凸面镜5上，所述凸面镜5将光反射回所述凹球面镜4，所述凹球面镜4将光反射回所述光栅3上，所述光栅3将光衍射到所述第一平面反射镜2上，所述第一平面反射镜2将光反射到第1个的所述第三平面反射镜7上，然后所述第三平面反射镜7将光非垂直反射回所述述第一平面反射镜2上，所述第一平面反射镜2将光反射至所述光栅3上，所述光栅3将光衍射到所述凹球面镜4上，所述凹球面镜4将光汇聚反射到所述凸面镜5上，所述凸面镜5将光反射回所述凹球面镜4，所述凹球面镜4将光反射回所述光栅3上，所述光栅3将光衍射到所述第二平面反射镜6上，然后所述第二平面反射镜6将光非垂直反射回所述光栅3，所述光栅3再将光衍射到所述凹球面镜4上，所述凹球面镜4将光汇聚反射到所述凸面镜5上，所述凸面镜5将光反射回所述凹球面镜4，所述凹球面镜4将光反射回所述光栅3上，所述光栅3将光衍射到所述第一平面反射镜2上，所述第一平面反射镜2将光反射到第2个的所述第三平面反射镜7上，然后该第2个的所述第三平面反射镜7将光垂直反射原路返回，逆向之前所走的路线，最后通过所述第一平面反射镜2将光反射回所述光纤准直器1中。
如上所述，当要采用的第三平面反射镜7个数大于2时，通过在采用2个第三平面反射镜7的脉冲展宽器结构基础上，采用上述从1个第三平面反射镜7增加到2个第三平面反射镜7的方式来一个一个的增加第三平面反射镜7就能实现。
如上所述，本案脉冲展宽器采用了光栅3、凹球面镜4、凸面镜5对光进行展宽，和采用了第一平面反射镜2、第二平面反射镜6、以及若干的第三平面反射镜7来实现光脉冲的来回多次展宽，并且其至少设有1个第三平面反射镜7进行光的垂直反射，如此，采用了折叠结构，一方面便于光的原路返回，另一方面通过增设第三平面反射镜7就能增加光来回展宽的次数，其扩展性好，与常规offner展宽器相比，有利于在实现相同展宽量的情况下缩少本脉冲展宽器的整体尺寸，其具有突出的实质性特点和显著的进步；另，本案采用了光纤准直器1进行光的输入和输出，便于光纤类超快激光器的使用。
如上所述，具体实施时，所述光栅3采用透射光栅，其位于所述凹球面镜4与所述凸面镜5之间并且错开高度以不阻碍凹球面镜4与所述凸面镜5之间光的反射，如此，便于更好的缩少本脉冲展宽器的整体尺寸。
如上所述，具体实施时，所述光栅3也可以采用其他种类光栅，如反射光栅，通过反射光栅来将所述第一平面反射镜2反射来的光衍射到所述凹球面镜4上、以及将所述凹球面镜4反射来的光衍射到所述第二平面反射镜6上或衍射到所述第一平面反射镜2上。
如上所述，具体实施时，所述光纤准直器1的尾部通过光纤连接有光环形器，如此，便于通过光环形器将激光器种子源的光输入至本脉冲展宽器和将经本脉冲展宽器展宽后的光输出，其应用方便。
如上所述，本案保护的是一种便于扩展的脉冲展宽器结构，一切与本案结构相同或相近的技术方案都应示为落入本案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种便于扩展的脉冲展宽器结构，其特征在于包括有光纤准直器(1)、第一平面反射镜(2)、光栅(3)、凹球面镜(4)、凸面镜(5)、第二平面反射镜(6)、以及N个第三平面反射镜(7)，N为自然数；其中，所述光纤准直器(1)和N个第三平面反射镜(7)都位于所述第一平面反射镜(2)的同一外侧并且位置有错开，所述第一平面反射镜(2)用于将所述光纤准直器(1)的准直出射光反射到所述光栅(3)上和将所述第三平面反射镜(7)反射来的光反射到所述光栅(3)上、以及用于将所述光栅(3)衍射至第一平面反射镜(2)的光反射到所述光纤准直器(1)中或反射到所述第三平面反射镜(7)上，所述第一平面反射镜(2)和所述第二平面反射镜(6)位于所述光栅(3)的同一外侧并且位置有错开，所述光栅(3)用于将所述第一平面反射镜(2)反射来的光衍射到所述凹球面镜(4)上和将所述第二平面反射镜(6)反射来的光衍射到所述凹球面镜(4)、以及用于将所述凹球面镜(4)反射来的光衍射到所述第二平面反射镜(6)上或衍射到所述第一平面反射镜(2)上，所述凹球面镜(4)与所述凸面镜(5)共心设置，所述凸面镜(5)用于将所述凹球面镜(4)反射来的光反射回凹球面镜(4)上，所述第二平面反射镜(6)用于将所述光栅(3)衍射到第二平面反射镜(6)的光非垂直的反射回光栅(3)上以便于在后续过程中所述光栅(3)衍射到所述第一平面反射镜(2)的光能够反射到所述第三平面反射镜(7)上，该N个第三平面反射镜(7)分别用于将所述第一平面反射镜(2)反射来的光反射回所述第一平面反射镜(2)上，并且当N等于1时，通过调节使该N个第三平面反射镜(7)用于将所述第一平面反射镜(2)反射来的光垂直反射回所述第一平面反射镜(2)上，当N大于1时，通过调节使N-1个第三平面反射镜(7)分别用于将所述第一平面反射镜(2)反射来的光非垂直的反射回所述第一平面反射镜(2)上，通过调节使最后剩余的1个第三平面反射镜(7)用于将所述第一平面反射镜(2)反射来的光垂直反射回所述第一平面反射镜(2)上。
2.根据权利要求1所述的一种便于扩展的脉冲展宽器结构，其特征在于所述光栅(3)采用透射光栅，其位于所述凹球面镜(4)与所述凸面镜(5)之间并且错开高度以不阻碍凹球面镜(4)与所述凸面镜(5)之间光的反射。
3.根据权利要求1或2所述的一种便于扩展的脉冲展宽器结构，其特征在于所述光纤准直器(1)的尾部通过光纤连接有光环形器。
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