CN109599738B - 一种光脉冲压缩器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种光脉冲压缩器。包括压缩机壳体（102），所述压缩机壳体（102）内设有第一偏振分束棱镜（103）、第一玻片（104）、体压缩光栅（105）、第二玻片（106）以及第二偏振分束棱镜（107），其中：待压缩光束（101）进入压缩机壳体（102）后经过第一偏振分束棱镜（103）透射，通过第一玻片（104），进入体压缩光栅（105），光束在体压缩光栅（105）中原路反射第二次通过第一玻片（104），第二次进入到第一偏振分束棱镜（103），然后反射至第二偏振分束棱镜（107），光束在第二偏振分束棱镜（107）中反射至第二玻片（106），第二次进入体压缩光栅（105）。这种光脉冲压缩器的压缩量较大。
Description
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种光脉冲压缩器。
背景技术
超快激光器作为一种冷加工工具，具有超高峰值功率、高光束质量等优点。目前超快激光器以固体激光器为主，但是随着应用需求和灵活性的增加，固体激光器由于其体积大、水冷、易受环境影响等缺点，限制了固体超快的应用。而光纤超快激光器由于其体积小、免维护、冷却方式简单等优点，将逐渐代替固体超快激光器。
然而由于超快光纤激光器的光纤模场直径较小，峰值功率受限，难以实现高峰值功率和高脉冲能量输出。当前一种可行的方案是利用脉冲啁啾放大技术，将脉冲展宽，然后放大，最后再进行压缩，实现脉冲峰值功率和脉冲能量的提升。但是，受限于目前压缩器尺寸的限制，目前采用的体压缩光栅只能压缩500ps量级脉冲宽度，这样使得脉冲在放大过程中，只能将脉冲展宽至500ps量级，脉冲能量提升依然受限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种压缩量较大的光脉冲压缩器。
本发明所采用的技术方案是：一种光脉冲压缩器，包括压缩机壳体，其特征在于：压缩机壳体内设有第一偏振分束棱镜、第一玻片、体压缩光栅、第二玻片以及第二偏振分束棱镜，其中：
待压缩光束进入压缩机壳体后经过第一偏振分束棱镜透射，通过第一玻片，光束相位增加π/2，进入体压缩光栅，光束在体压缩光栅中原路反射第二次通过第一玻片，光束相位再增加π/2，第二次进入到第一偏振分束棱镜，然后反射至第二偏振分束棱镜，光束在第二偏振分束棱镜中反射至第二玻片，光束相位增加π/2，第二次进入体压缩光栅，光束在体压缩光栅中原路反射第二次通过第二玻片，光束相位再增加π/2，之后第二次进入到第二偏振分束棱镜。
作为优选，它还包括第三偏振分束棱镜、第四偏振分束棱镜以及隔离器，其中：
光束第二次进入到第二偏振分束棱镜后经过第二偏振分束棱镜透射进入第三偏振分束棱镜，然后经过第三偏振分束棱镜反射进入到第四偏振分束棱镜，之后经过第四偏振分束棱镜反射后进入隔离器，最后输出。
作为优选，它还包括第一待展宽光束与第二待展宽光束，且第一待展宽光束和第二待展宽光束反向进入体压缩光栅，并且两束待展宽光束与射入体压缩光栅的两束待压缩光束平行。
作为优选，待压缩光束为线偏振光。
作为优选，第一玻片和第二玻片均为四分之一玻片，且第一玻片与第二玻片的主轴分别与光束偏振方向夹角π/4。
作为优选，体压缩光栅的反射率大于90%。
作为优选，第一偏振分束棱镜、第一玻片、第二玻片、第二偏振分束棱镜、第三偏振分束棱镜以及第四偏振分束棱镜的镜面平整度大于等于1/8波长精度。
作为优选，第一偏振分束棱镜、第一玻片、第二玻片、第二偏振分束棱镜、第三偏振分束棱镜以及第四偏振分束棱镜的前后表面均镀有高透膜，且高透膜的透射率大于等于99.5%。
作为优选，压缩机壳体内设有散热装置。
作为优选，第四偏振分束棱镜与隔离器之间还设有透镜组。
采用以上结构与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明设计了一种双程脉冲压缩系统，将脉冲在压缩器中反射两次，从而将压缩器的压缩量提升一倍，并将脉冲展宽集成在脉冲压缩器中，节省了传统的脉冲展宽光栅，并且实现精确脉冲宽度匹配；进而降低超快激光器中脉冲压缩、展宽成本；由于高度集成化的设计，提高了系统的稳定性。
附图说明
图1为本发明一种光脉冲压缩器的原理图。
如图所示：101、待压缩光束；102、压缩机壳体；103、第一偏振分束棱镜；104、第一玻片；105、体压缩光栅；106、第二玻片；107、第二偏振分束棱镜；108、第三偏振分束棱镜；109、第四偏振分束棱镜；110、隔离器；111、第一待展宽光束；112、第二待展宽光束。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述，但是本发明不仅限于以下具体实施方式。
一种光脉冲压缩器，包括压缩机壳体102，压缩机壳体102内设有第一偏振分束棱镜103、第一玻片104、体压缩光栅105、第二玻片106、第二偏振分束棱镜107、第三偏振分束棱镜108、第四偏振分束棱镜109以及隔离器110，并且光束有待压缩光束101、第一待展宽光束111以及第二待展宽光束112，其中，
待压缩光束101、第一待展宽光束111以及第二待展宽光束112均为准直光束，第一待展宽光束111和第二待展宽光束112，分别反向进入体压缩光栅105中，实现种子光脉冲展宽。由于展宽和压缩经过的同一个体压缩光栅105，因此可以实现脉冲色散量的精确匹配。而且待压缩光束101一定需要是线偏振光，否则，经过第一偏振分束棱镜103后，会有较强激光反射到压缩器壳体102上。并且在体压缩光栅内的4束光束需要严格平行，不能交叠，否则，激光间信号会相互串扰。影响系统输出质量。
四个偏振分束棱镜也可以简称为PBS；
第一玻片104与第二玻片106均为四分之一玻片，而且两个四分之一玻片的主轴，分别与光偏振方向夹角π/4，这样才能使得光束两次通过四分之一玻片，偏振方向改变π/2。
若采用反射效率大于90%，横截面积较大的体压缩光栅105，则光束可实现2次以上压缩，实现更大的脉冲压缩量；这种方式主要取决于，多束激光是否能保持独立不交叠，和可以接受的激光压缩效率。
为了避免光学元件对激光光束光束质量的影响，光学元件镜面平整度不应低于1/8波长精度。
为了不降低激光输出效率，所有光学元件前后表面应该镀有高透膜，高透膜透射效率不应低于99.5%。
在高功率系统中，必要的散热装置需要增加在光斑可能到达的压缩器壳体102内壁位置，可以设置为水冷装置，也可以设置成风冷装置。
若需要改变激光光斑直径，可在第四偏振分束棱镜109和隔离器110之间增加必要的透镜组，实现光斑直径变化。
隔离器110可以为双极隔离器（即2个单级隔离器），可以安装在体压缩光栅105之后，也可以安装至体压缩光栅105之间，也可以分别安装在体压缩光栅105前后两端。
其工作原理是：待压缩光束101为线偏振光，拟定输入光束为水平偏振，则第一偏振分束棱镜103为水平偏振透射，垂直偏振反射；第二偏振分束棱镜107为水平偏振透射，垂直偏振反射；第三偏振分束棱镜108为水平偏振反射，垂直透射。（若待压缩光束101为垂直偏振光束，则3个偏振分束棱镜反向。）待压缩光束101进入到压缩机壳体102内，经过第一偏振分束棱镜103透射，通过第一玻片104，光束相位增加π/2,进入体压缩光栅105，激光在体压缩光栅105中逐渐原路反射，再进入第一玻片104，光束相位再增加π/2,光束变为垂直偏振光束，进入第一偏振分束棱镜103后，反射至第二偏振分束棱镜107；由于光束是垂直偏振，在第二偏振分束棱镜107中反射至第二玻片106，第二次进入压缩光栅105中，光束在体压缩光栅105中反射回第二玻片106，因为是两次通过第二玻片106，所以相位再增加π，光束变为水平偏振，通过第二偏振分束棱镜107透射，进入第三偏振分束棱镜108中，经过第三偏振分束棱镜108和第四偏振分束棱镜109，反射进入隔离器中，最后输出。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。
Claims (8)
1.一种光脉冲压缩器，包括压缩机壳体（102），其特征在于：所述压缩机壳体（102）内设有第一偏振分束棱镜（103）、第一玻片（104）、体压缩光栅（105）、第二玻片（106）以及第二偏振分束棱镜（107），其中：
待压缩光束（101）进入压缩机壳体（102）后经过第一偏振分束棱镜（103）透射，通过第一玻片（104），光束相位增加π/2，进入体压缩光栅（105），光束在体压缩光栅（105）中原路反射第二次通过第一玻片（104），光束相位再增加π/2，第二次进入到第一偏振分束棱镜（103），然后反射至第二偏振分束棱镜（107），光束在第二偏振分束棱镜（107）中反射至第二玻片（106），光束相位增加π/2，第二次进入体压缩光栅（105），光束在体压缩光栅（105）中原路反射第二次通过第二玻片（106），光束相位再增加π/2，之后第二次进入到第二偏振分束棱镜（107）；
所述待压缩光束（101）为线偏振光；
所述第一玻片（104）和第二玻片（106）均为四分之一玻片，且第一玻片与第二玻片的主轴分别与光束偏振方向夹角π/4。
2.根据权利要求1所述的一种光脉冲压缩器，其特征在于：它还包括第三偏振分束棱镜（108）、第四偏振分束棱镜（109）以及隔离器（110），其中：
光束第二次进入到第二偏振分束棱镜（107）后经过第二偏振分束棱镜（107）透射进入第三偏振分束棱镜（108），然后经过第三偏振分束棱镜（108）反射进入到第四偏振分束棱镜（109），之后经过第四偏振分束棱镜（109）反射后进入隔离器（110），最后输出。
3.根据权利要求1所述的一种光脉冲压缩器，其特征在于：它还包括第一待展宽光束（111）与第二待展宽光束（112），且所述第一待展宽光束（111）和第二待展宽光束（112）反向进入体压缩光栅（105），并且两束待展宽光束与射入体压缩光栅的两束待压缩光束平行。
4.根据权利要求1所述的一种光脉冲压缩器，其特征在于：所述体压缩光栅（105）的反射率大于90%。
5.根据权利要求2所述的一种光脉冲压缩器，其特征在于：所述第一偏振分束棱镜（103）、第一玻片（104）、第二玻片（106）、第二偏振分束棱镜（107）、第三偏振分束棱镜（108）以及第四偏振分束棱镜（109）的镜面平整度大于等于1/8波长精度。
6.根据权利要求2所述的一种光脉冲压缩器，其特征在于：所述第一偏振分束棱镜（103）、第一玻片（104）、第二玻片（106）、第二偏振分束棱镜（107）、第三偏振分束棱镜（108）以及第四偏振分束棱镜（109）的前后表面均镀有高透膜，且高透膜的透射率大于等于99.5%。
7.根据权利要求1所述的一种光脉冲压缩器，其特征在于：所述压缩机壳体（102）内设有散热装置。
8.根据权利要求2所述的一种光脉冲压缩器，其特征在于：所述第四偏振分束棱镜（109）与隔离器（110）之间还设有透镜组。
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