CN109830873A - 一种超短激光脉冲串的产生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超短激光脉冲串的产生装置，通过拍频系统对包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串进行拍频，得到包括多个具有准正弦调制特性的微脉冲的超短激光脉冲串，通过调整优化多个子脉冲的时间间隔，最终产生的超短激光脉冲串可以实现堆叠效果，以此驱动光阴极电子枪产生相应的电子束团。本发明提供的技术方案能够有效降低单个微脉冲内的电荷量，从而有效降低空间电荷排斥力而获得短长度的微脉冲，能够有效降低电子束团长度，进而提高电子束团的群聚因子，相应的有效提高太赫兹相干辐射功率。
Description
技术领域
本发明涉及加速器及自由电子激光技术领域，更为具体的说，涉及一种超短激光脉冲串的产生装置。
背景技术
太赫兹波段是指频率在0.1THz-10THz的电磁波，由于其具有穿透性、低光子能量、高带宽、谱指纹特性、超快特性等诸多优点和独特优势，对于研究材料科学和物质科学的意义非常重大。发展满足应用需求的太赫兹辐射源是相关领域的研究热点。目前太赫兹光的产生包括利用超快脉冲激发产生的宽频辐射、基于电子束激发的可调谐单频辐射等。其中，利用超快脉冲产生的宽频辐射受到越来越广泛的关注并日趋成熟；基于电子束激发的太赫兹辐射源中，通过相对论电子束经过波荡器进行周期性扭摆运动而产生的辐射源称为太赫兹自由电子激光(Terahertz–Free Electron Laser，THz-FEL)。
THz-FEL不仅可以获得窄带宽的相干太赫兹光，而且是目前可以获得 THz高输出功率的辐射源，此外这类相干光源还具有波长在大范围内连续可调、波束质量好、光脉冲时间结构精细而且可调等突出优点，在太赫兹技术领域及其应用研究中，发挥着重要作用，一直为国内外的研究热点。THz-FEL 可分为振荡器型(Oscillator)和单次通过型(Single-pass)两种。其中，单次通过型THz-FEL利用单个超短电子束(或束团串)在波荡器中直接产生相干辐射，可以克服振荡器型THz-FEL在产生长波长THz辐射所面临的衍射、滑移等物理效应的不利影响，正受到越来越广泛的重视。
单次通过型THz-FEL的太赫兹辐射源功率与电子脉冲的电荷量及群聚因子的平方成正比。对于单脉冲电子束，以高斯分布为例，群聚因子表示为：其中ω为辐射的角频率，σt为电子脉冲时间长度。可以看出，要产生高群聚因子：电子脉冲长度应尽可能短，辐射的角频率ω越高，电子脉冲长度应越短。
产生高功率辐射要求电子束的电荷量尽可能高、电子束的长度尽可能短。但由于空间电荷排斥力的存在，电荷量越大，电子束的长度往往越长。而利用电子脉冲串代替单个脉冲，通过将电荷量分摊至由一串等间隔的微脉冲组成的电子束团之中，可有效地降低空间电荷排斥力对于获得短脉冲长度电子束束团的限制。对于由一串等间隔的微脉冲组成的电子脉冲串，同样以微脉冲为高斯分布为例，群聚因子可表示为：其中Δt 为微脉冲之间的时间间隔。群聚因子将共振于一系列的共振频率ωm＝2mπ/Δt，m＝1时为一阶共振频率，m＝2时为二阶共振频率，以此类推。电子束团内微脉冲个数越多，单个微脉冲的电荷量越小，微脉冲长度则可以越短，最终就可以得到更高的群聚因子。
在THz-FEL装置中，电子束团可由驱动激光脉冲串激发光阴极电子枪而产生，电子束团的初始参数由驱动激光脉冲串的参数决定，后续电子束团参数的演化与空间电荷效应、电子枪内电场参数等息息相关。其中，在电子束团加速至相对论速度过程中，空间电荷效应的影响占主导地位。因此，想要获得超短电子束团，根源在于获取超短激光脉冲串，而获取超短激光脉冲串的方法也是基于“分摊电荷量”的原理，将激光脉冲包含的电荷量分摊到包含多个微脉冲的激光脉冲串中，从而降低单个微脉冲的电荷量以克服空间电荷效应引起的电子束微脉冲长度的增长。产生超短激光脉冲串的主流方法有脉冲堆积法和拍频法两种。其中，脉冲堆积的方法光路复杂，影响因素众多；同时色散效应强，会导致激光脉冲宽度变宽，色散补偿难度大。拍频法可以有效克服脉冲堆积法的上述不足，但拍频法得到的微脉冲个数与展宽量和拍频频率相关，且存在微脉冲个数偏少的问题，尤其是低频段微脉冲个数明显不足；而如果通过增大展宽量来获取较多的微脉冲个数，将会导致微脉冲宽度变宽致使群聚因子降低的负面效应，难以有效降低电子束团长度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种超短激光脉冲串的产生装置，有效克服现有拍频法产生的超短激光脉冲串的微脉冲个数偏少的问题，能够有效降低电子束团长度，进而有效提高太赫兹相干辐射功率。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种超短激光脉冲串的产生装置，包括：
激光脉冲串生成系统，所述激光脉冲串生成系统用于生成包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串，其中，每一所述子脉冲的脉冲宽度一致；
以及，拍频系统，所述拍频系统用于对所述激光脉冲串进行拍频，得到包含多个微脉冲的超短激光脉冲串。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明提供了一种超短激光脉冲串的产生装置，通过拍频系统对包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串进行拍频，得到包括多个具有准正弦调制特性的微脉冲的超短激光脉冲串，通过调整优化多个子脉冲的时间间隔，最终产生的超短激光脉冲串可以实现堆叠效果，以此驱动光阴极电子枪产生相应的电子束团。本发明提供的技术方案能够有效降低单个微脉冲内的电荷量，从而有效降低空间电荷排斥力而获得短长度的微脉冲，能够有效降低电子束团长度，进而提高电子束团的群聚因子，相应的有效提高太赫兹相干辐射功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种超短激光脉冲串的产生方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的另一种超短激光脉冲串的产生方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的又一种超短激光脉冲串的产生方法的流程图；
图4为本申请实施例提供的又一种超短激光脉冲串的产生方法的流程图；
图5为本申请实施例提供的又一种超短激光脉冲串的产生方法的流程图；
图6为本申请实施例提供的拍频频率为0.7THz的条件下得到的超短激光脉冲串的示意图；
图7为本申请实施例提供的拍频频率为1.0THz的条件下得到的超短激光脉冲串的示意图；
图8为本申请实施例提供的拍频频率为1.5THz的条件下得到的超短激光脉冲串的示意图；
图9为现有技术提供的拍频频率为0.7THz、1.0THz和1.5THz的条件下得到的超短激光脉冲串的示意图；
图10为本申请实施例提供的一种超短激光脉冲串的产生装置的结构示意图；
图11为本申请实施例提供的另一种超短激光脉冲串的产生装置的结构示意图；
图12为本申请实施例提供的又一种超短激光脉冲串的产生装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
正如背景技术所述，在THz-FEL装置中，电子束团可由驱动激光脉冲串激发光阴极电子枪而产生，电子束团的初始参数由驱动激光脉冲串的参数决定，后续电子束团参数的演化与空间电荷效应、电子枪内电场参数等息息相关。其中，在电子束团加速至相对论速度过程中，空间电荷效应的影响占主导地位。因此，想要获得超短电子束团，根源在于获取超短激光脉冲串，而获取超短激光脉冲串的方法也是基于“分摊电荷量”的原理，将激光脉冲包含的电荷量分摊到包含多个微脉冲的激光脉冲串中，从而降低单个微脉冲的电荷量以克服空间电荷效应引起的电子束微脉冲长度的增长。产生超短激光脉冲串的主流方法有脉冲堆积法和拍频法两种。其中，脉冲堆积的方法光路复杂，影响因素众多；同时色散效应强，会导致激光脉冲宽度变宽，色散补偿难度大。拍频法可以有效克服脉冲堆积法的上述不足，但拍频法得到的微脉冲个数与展宽量和拍频频率相关，且存在微脉冲个数偏少的问题，尤其是低频段微脉冲个数明显不足；而如果通过增大展宽量来获取较多的微脉冲个数，将会导致微脉冲宽度变宽致使群聚因子降低的负面效应，难以有效降低电子束团长度。
基于此，本申请实施例提供了一种超短激光脉冲串的产生方法及装置，有效克服现有拍频法产生的超短激光脉冲串的微脉冲个数偏少的问题，能够有效降低电子束团长度，进而有效提高太赫兹相干辐射功率。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图12对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。
参考图1所示，为本申请实施例提供的一种超短激光脉冲串的产生方法的流程图，其中，超短激光脉冲串的产生方法包括：
S1、生成包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串，其中，每一所述子脉冲的脉冲宽度一致；
S2、对所述激光脉冲串进行拍频，得到包含多个微脉冲的超短激光脉冲串。
由上述内容可知，通过对包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串进行拍频，得到包括多个具有准正弦调制特性的微脉冲的超短激光脉冲串，通过调整优化多个子脉冲的时间间隔，最终产生的超短激光脉冲串可以实现堆叠效果，以此驱动光阴极电子枪产生相应的电子束团。本申请实施例提供的技术方案能够有效降低单个微脉冲内的电荷量，从而有效降低空间电荷排斥力而获得短长度的微脉冲，能够有效降低电子束团长度，进而提高电子束团的群聚因子，相应的有效提高太赫兹相干辐射功率。
参考图2所示，为本申请实施例提供的另一种超短激光脉冲串的产生方法的流程图，其中，本申请实施例提供的生成包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串，包括：
S11、生成包括多个子脉冲的第二激光脉冲；
S12、对所述第二激光脉冲进行啁啾展宽，形成包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串。
可以理解的，本申请实施例提供的包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串，可以通过对包括多个子脉冲的第二激光脉冲进行啁啾展宽获得。其中，本申请实施例提供的对所述第二激光脉冲进行啁啾展宽，包括：将所述第二激光脉冲输入平行光栅对进行啁啾展宽。
在本申请一实施例中，本申请提供的包括多个子脉冲的第二激光脉冲，其可以通过一个激光源分束后获取。参考图3所示，为本申请实施例提供的又一种超短激光脉冲串的产生方法的流程图，其中，本申请实施例提供的S11、生成包括多个子脉冲的第二激光脉冲，包括：
S101、由一激光源输出第一激光脉冲；
S102、对所述第一激光脉冲分束处理得到多个子脉冲；
S103、对所有子脉冲合束，形成包括多个子脉冲的第二激光脉冲。
可以理解的，本申请实施例提供的第二激光脉冲，通过对一个激光源输出的第一激光脉冲进行分束处理得到多个子脉冲，而后，对多个子脉冲进行合束而形成包括该多个子脉冲的第二激光脉冲。本申请实施例提供的第一激光脉冲为超快飞秒脉冲，其脉宽范围为不大于150fs，脉冲为傅里叶变换极限脉冲。以及，本申请实施例提供的激光源可以为振荡器型钛蓝宝石激光器，对此本申请不做具体限制。
在本申请一实施例中，本申请提供的对第一激光脉冲分束处理得到多个子脉冲，可以为将第一激光脉冲直接分束为多个子脉冲，其中，对所述第一激光脉冲分束处理得到多个子脉冲，包括：
对所述第一激光脉冲进行至少一次分束。
可以理解的，多个子脉冲的数量为2个时，可以对第一激光脉冲进行一次分束，得到两路的子第一激光脉冲为2个子脉冲。或者，多个子脉冲的数量大于2时，在对第一激光脉冲进行第一次分束后得到两路子第一激光脉冲，而后对两路子第一激光脉冲中一路或两路分别再次进行分束，而后以此规律类推，优化分束次数得到预设数量的子脉冲。
或者，在本申请一实施例中，本申请提供的对第一激光脉冲分束处理得到多个子脉冲，可以为将第一激光脉冲间接分束为多个子脉冲，其中，对所述第一激光脉冲分束处理得到多个子脉冲，包括：
对所述第一激光脉冲进行至少一次分束并合束操作后再次分束。
可以理解的，在多个子脉冲的数量大于2时，在对第一激光脉冲进行第一次分束并合束操作后，得到的第一次操作后的第一激光脉冲包括有两个子脉冲；而后对第一次操作后的第二激光脉冲进行第二次分束并合束后，得到的第二次操作后的第一激光脉冲包括有四个子脉冲，以此规律类推，优化分束并合束操作的次数，最后再次分束后间接得到预设数量的子脉冲。
在本申请一实施例中，本申请提供的包括多个子脉冲的第二激光脉冲，还可以通过多个独立的激光源获取。参考图4所示，为本申请实施例提供的又一种超短激光脉冲串的产生方法的流程图，其中，本申请实施例提供的S11、生成包括多个子脉冲的第二激光脉冲，包括：
S111、由多个激光源输出各自相应的第一激光脉冲；
S112、调节所述第一激光脉冲的相位，使每一所述第一激光脉冲的相位同步为多个子脉冲；
S113、对所有子脉冲合束，形成包括多个子脉冲的第二激光脉冲。
可以理解的，本申请实施例获取第二激光脉冲时，对多个独立的激光源各自输出的第一激光脉冲进行相位调节，使得所有第一激光脉冲的相位同步，每一第一激光脉冲相当于一子脉冲，进而得到多个子脉冲；而后对该多个子脉冲合束后得到包括多个子脉冲的第二激光脉冲。本申请实施例提供的第一激光脉冲为超快飞秒脉冲，其脉宽范围为不大于150fs，脉冲为傅里叶变换极限脉冲。以及，本申请实施例提供的激光源可以为振荡器型钛蓝宝石激光器，对此本申请不做具体限制。
需要说明的是，本申请实施例提供方法包括多个激光源时，可以对多个激光源中至少一个激光源进行分束，且同时调整该分束脉冲和未进行分束的激光源出射的脉冲的相位，得到多个第一激光脉冲，对此本申请不做具体限制。
参考图5所示，为本申请实施例提供的又一种超短激光脉冲串的产生方法的流程图，其中，本申请实施例提供的S2、对所述激光脉冲串进行拍频，包括：
S21、将所述激光脉冲串分束为两路子激光脉冲串；
S22、对两路所述子激光脉冲串分别进行不同光程的反射；
S23、使反射后的两路所述子激光脉冲串发生拍频，得到包含多个微脉冲的超短激光脉冲串。
可以理解的，本申请实施例提供的拍频过程中，通过调整优化两路子激光脉冲串的反射光程可以改变拍频频率，最终改变超短激光脉冲串中的微脉冲的宽度和间隔。
在本申请一实施例中，本申请提供的所述激光脉冲串中相邻子脉冲的中心间距，大于所述超短激光脉冲串中微脉冲的脉冲宽度，且小于所述激光脉冲串中子脉冲的脉冲宽度。
下面结合附图所示的超短激光脉冲串的模拟结果，对本申请提供的技术方案与现有技术进行比对。其中，图6为本申请实施例提供的拍频频率为0.7 THz的条件下得到的超短激光脉冲串的示意图，图7为本申请实施例提供的拍频频率为1.0THz的条件下得到的超短激光脉冲串的示意图，图8为本申请实施例提供的拍频频率为1.5THz的条件下得到的超短激光脉冲串的示意图，图9为现有技术提供的拍频频率为0.7THz、1.0THz和1.5THz的条件下得到的超短激光脉冲串的示意图。需要说明的是，图6-图8所示超短激光脉冲串均是基于包括两个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串条件下模拟得到的数据。
其中，本申请实施例提供的图6所示的超短激光脉冲串的示意图(模拟结果)，其拍频频率为0.7THz，图6(a)的分光延时(分束后两路子脉冲的时间间隔)调节为τ`＝12.5ps，图6(b)的分光延时调节为τ`＝5.5ps。
附图7所示的超短激光脉冲串的示意图(模拟结果)，其拍频频率为1.0 THz，其中，图7(a)的分光延时调节为τ`＝12.5ps，图7(b)的分光延时调节为τ`＝5.5ps。
附图8所示的超短激光脉冲串的示意图(模拟结果)，其拍频频率为1.5 THz，其中，图8(a)的分光延时调节为τ`＝12.5ps，图8(b)的分光延时调节为τ`＝4ps。
由附图6-8可以看出，通过本申请实施例提供的超短激光脉冲串产生方法产生的超短激光脉冲串具有堆叠效果，堆叠效果通过分光延时τ’来实现，最终使得其脉冲串总长可以与脉冲堆积方案中相当。
附图9是采用现有的拍频法在不同的拍频条件下得到的超短激光脉冲串的示意图(模拟结果)。其中，图9(a)的条件与图6(b)一致，图9(b) 的条件与图7(b)一致，图9(c)的条件与图8(b)一致，传统的拍频方法和利用本申请实施例提供的方法获取的超短激光脉冲串内包括的微脉冲个数对比如表1所示：
| 实验组 | 微脉冲个数 | 对照组 | 微脉冲个数 | 增长率 |
| 图9(a) | 7 | 图6(b) | 11 | 57.14％ |
| 图9(b) | 11 | 图7(b) | 16 | 45.45％ |
| 图9(c) | 15 | 图8(b) | 22 | 46.67％ |
表1
可见，通过本申请实施例提供的超短激光脉冲串产生方法，产生的单个超短激光脉冲串中包含的微脉冲个数相比现有拍频法上升约50％。
现有的拍频方法和利用本申请实施例提供的方法获取的超短激光脉冲串中单个微脉冲的电荷量对比如表2所示(总电荷量为240pC)：
表2
可见，通过本申请实施例提供的超短激光脉冲串产生方法，产生的超短激光脉冲串中包含的微脉冲电荷量相比现有拍频法下降超30％，从而有效降低空间电荷排斥力以获得短长度的微脉冲，进而提高电子束团的群聚因子，相应地有效提高太赫兹相干辐射功率。
相应的，本申请实施例还提供了一种超短激光脉冲串的产生装置，参考图10所示，为本申请实施例提供的一种超短激光脉冲串的产生装置的结构示意图，其中，超短激光脉冲串的产生装置包括：
激光脉冲串生成系统10，所述激光脉冲串生成系统10用于生成包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串，其中，每一所述子脉冲的脉冲宽度一致；
以及，拍频系统20，所述拍频系统20用于对所述激光脉冲串进行拍频，得到包含多个微脉冲的超短激光脉冲串。
由上述内容可知，通过拍频系统对包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串进行拍频，得到包括多个具有准正弦调制特性的微脉冲的超短激光脉冲串，通过调整优化多个子脉冲的时间间隔，最终产生的超短激光脉冲串可以实现堆叠效果，以此驱动光阴极电子枪产生相应的电子束团。本申请实施例提供的技术方案能够有效降低单个微脉冲内的电荷量，从而有效降低空间电荷排斥力而获得短长度的微脉冲，能够有效降低电子束团长度，进而提高电子束团的群聚因子，相应的有效提高太赫兹相干辐射功率。
参考图10所示，本申请实施例提供地方所述激光脉冲串生成系统10可以包括：
第二激光脉冲生成单元110，所述第二激光脉冲生成单元110用于生成包括多个子脉冲的第二激光脉冲；
以及，啁啾展宽单元120，所述啁啾展宽单元120用于对所述第二激光脉冲进行啁啾展宽，形成包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串。
可以理解的，本申请实施例提供的包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串，可以通过对包括多个子脉冲的第二激光脉冲进行啁啾展宽获得。如图10所示，本申请实施例提供的所述啁啾展宽单元120包括：
第二反射模块121，所述第二反射模块121用于将接收所述第二激光脉冲并输出；
设置于所述第二反射模块121光路上的啁啾展宽模块122，所述啁啾展宽模块122用于对所述第二反射模块输出的第二激光脉冲进行第一次啁啾展宽；
设置于所述啁啾展宽模块122的光路上的第三反射模块123，所述第三反射模块123用于将经过第一次啁啾展宽后的第二激光脉冲反射至所述啁啾展宽模块122，且所述啁啾展宽模块122对经过第一次啁啾展宽后的第二激光脉冲进行第二次啁啾展宽后，输出至所述第二反射模块121，所述第二反射模块121将经过第二次啁啾展宽的第二激光脉冲输出至所述拍频系统20。
可以理解的，对第二激光脉冲进行两次啁啾展宽，能够增大第二激光脉冲的展宽量。可选的，本申请实施例提供的所述啁啾展宽模块为平行光栅对，其中，平行光栅对由两个相对放置且相互平行的光栅组成，且本申请实施例提供的光栅可以为全息衍射式光栅，以利用其群延迟色散产生线性啁啾特性 (光场的瞬时频率按时间的一次函数变化)的第二激光脉冲。此外，本申请实施例还可以采用Gires-Tournois干涉反射镜或棱镜对等具有类似特性的光学元件代替。
如图10所示，本申请实施例提供的第二反射模块121可以为棱镜分束镜 (该棱镜分束镜可以为T:R＝50％:50％的半透半反镜，或为朝向合束模块侧为全透射、另一面为全反射)。以及，本申请实施例提供的第三反射模块123 可以为一个后向反射棱镜，用于改变啁啾展宽模块122输出的经过第一次啁啾展宽的第二激光脉冲的传输方向，使其返回至啁啾展宽模块122进行第二次啁啾展宽，以增大展宽量。
此外，本申请实施例提供的第三反射模块123还可以由平面反光镜组成，如图12所示，为本申请实施例提供的又一种超短激光脉冲串的产生装置的结构示意图，其中，第三反射模块123可以包括两个相互垂直放置的平面反光镜，且任意一平面反光镜的镜面方向及法线方向均与入射至该平面反光镜的第二激光脉冲的方向呈45度夹角。以及，第二反射模块还可以为平板分束镜。
在本申请一实施例中，本申请提供的包括多个子脉冲的第二激光脉冲，其可以通过一个激光源分束后获取。如图10所示，本申请实施例提供的所述第二激光脉冲生成单元110包括：
一激光源111，所述激光源111用于输出第一激光脉冲；
设置于所述激光源111光路上的激光分束模块112，所述激光分束模块 112用于对所述第一激光脉冲分束处理得到多个子脉冲；
以及，设置于所述激光分束模块112光路上的合束模块113，所述合束模块113用于对所有子脉冲合束，形成包括多个子脉冲的第二激光脉冲。
可以理解的，本申请实施例提供的第二激光脉冲，通过对一个激光源输出的第一激光脉冲进行分束处理得到多个子脉冲，而后，对多个子脉冲进行合束而形成包括该多个子脉冲的第二激光脉冲。本申请实施例提供的第一激光脉冲为超快飞秒脉冲，其脉宽范围为不大于150fs，脉冲为傅里叶变换极限脉冲。本申请实施例提供的激光源可以为振荡器型钛蓝宝石激光器，对此本申请不做具体限制。以及，本申请实施例提供的合束模块为合束镜。
在本申请一实施例中，本申请提供的对第一激光脉冲分束处理得到多个子脉冲，可以为将第一激光脉冲直接分束为多个子脉冲，其中，本申请实施例提供的所述激光分束模块用于对所述第一激光脉冲进行至少一次分束，其中，所述激光分束模块包括：
分束子系统，所述分束子系统包括第一级分束子模块至第N级分束子模块，每一级分束子模块包括至少一个分束镜，且第i级分束子模块的至少一个分束镜的至少一路分束光路上，对应设置有第i+1级分束子模块一分束镜，N 为大于0的整数，i为不大于N的正整数；
以及，第一反射模块，所述第一反射模块用于将所述分束子系统输出的多个子脉冲传输至所述合束模块。
可以理解的，多个子脉冲的数量为2个时，可以对第一激光脉冲进行一次分束，得到两路的子第一激光脉冲为2个子脉冲。或者，多个子脉冲的数量大于2时，在对第一激光脉冲进行第一次分束后得到两路子第一激光脉冲，而后对两路子第一激光脉冲中一路或两路分别再次进行分束，而后以此规律类推，优化分束次数得到预设数量的子脉冲。
如图10所示，以多个子子脉冲的数量为2举例说明，其中，激光分束模块112包括分束子系统和第一反射模块1122，其中，分束子系统包括一级分束子模块，且分束子模块包括一个分束镜1121(T:R为50％:50％，即透射等于反射)。分束镜1121接入激光源111输出的第一激光脉冲，对第一激光脉冲分束为两路传输方向及偏振方向均相互垂直的子脉冲。其中，两个子脉冲的偏振方向不同可以避免拍频时子脉冲偏振方向一致带来的相干效应。
而后，分束镜1121输出的两路子脉冲通过第一反射模块1122引导传输至合束模块113。本申请实施例提供的第一反射模块1122可以包括由多个反光镜组成。如图10所示，第一反射模块1122可以有4个反光镜组成，其中，任意一反光镜的镜面方向及法线方向均与入射至反光镜的子脉冲的传输方向呈45度夹角，两路子脉冲经过第一反射模块1122后传输方向及偏振方向仍然保持相互垂直。
如图10所示，本申请实施例提供的合束模块113可以通过第一反射模块 1122间接设置于分束镜1121的光路上，即，分束镜1121的两路子脉冲均各自对应两个反光镜，且均分别通过各自相应的两个反光镜的反射后传输至合束模块113中。此外，还可以对分束镜1121和合束模块113的位置进行调整，减少反光镜的数量，如图11所示，为本申请实施例提供的另一种超短激光脉冲串的产生装置的结构示意图，其中，合束模块113直接放置于分束镜1121 的反射光路上，且第一反射模块1122设置于分束镜1121的透射光路上，其中，第一反射模块1122可以包括两个相互垂直放置的反光镜(如平面反光镜)，且任意一反光镜的镜面方向及法线方向均与入射至反光镜的子脉冲的传输方向呈45度夹角，通过两个反光镜将分束镜1121的透射光路输出的子脉冲引导传输至合束模块113。
在本申请一实施例中，本申请提供的分束子模块中的分束镜，还可以采用半波片和偏振分束镜的组合代替，对此本申请不做具体限制。
或者，在本申请一实施例中，本申请提供的对第一激光脉冲分束处理得到多个子脉冲，可以为将第一激光脉冲间接分束为多个子脉冲，其中，本申请实施例提供的所述激光分束模块用于对对所述第一激光脉冲进行至少一次分束并合束操作后再次分束，其中，所述激光分束模块包括：
第一级分束合束子模块至第N级分束合束子模块，及设置于所述第N级分束合束子模块的光路上的分束子模块，每一级分束合束子模块包括一分束镜和一设置于所述分束镜光路上合束镜，且所述分束子模块为一分束镜，N 为大于0的整数；
以及，第一反射模块，所述第一反射模块用于将所述分束子模块输出的两路脉冲传输至所述合束模块。
可以理解的，在多个子脉冲的数量大于2时，在对第一激光脉冲进行第一次分束并合束操作后，得到的第一次操作后的第一激光脉冲包括有两个子脉冲；而后对第一次操作后的第二激光脉冲进行第二次分束并合束后，得到的第二次操作后的第一激光脉冲包括有四个子脉冲，以此规律类推，优化分束并合束操作的次数，最后再次分束后间接得到预设数量的子脉冲。
在本申请一实施例中，本申请提供的包括多个子脉冲的第二激光脉冲，还可以通过多个独立的激光源获取，即，本申请实施例提供的所述第二激光脉冲生成单元包括：
多个激光源，每一激光源用于输出各自相应的第一激光脉冲；
设置于所述多个激光源的光路上的相位调节模块，所述相位调节模块用于调节所述第一激光脉冲的相位，使每一所述第一激光脉冲的相位同步为多个子脉冲；
以及，设置于所述相位调节模块光路上的合束模块，所述合束模块用于对所有子脉冲合束，形成包括多个子脉冲的第二激光脉冲。
如图10所示，本申请实施例提供的所述拍频系统20包括：
分束干涉模块210，所述分束干涉模块210用于将所述激光脉冲串分束为两路子激光脉冲串；
分别设置于所述分束干涉模块210两路光路上的反射镜220，且所述反射镜220的镜面与其相应子激光脉冲串的方向垂直，两个所述反射镜220用于对两路所述子激光脉冲串分别进行不同光程的反射，以使反射后的两路所述子激光脉冲串发生拍频。
进一步的，为了减少光程差的误差，本申请实施例提供的所述分束干涉模块为平板分束镜(T:R为50％:50％，即透射等于反射)，其中，平板分束镜将激光脉冲串分束为两路子激光脉冲串后，每一路子激光脉冲串被各自相应的反射镜反射后，在平板分束镜处进行拍频形成包括多个具有准正弦调制特性的微脉冲的超短激光脉冲串。
可以理解的，本申请实施例提供的拍频过程中，通过调整优化两路子激光脉冲串的反射光程可以改变拍频频率，最终改变超短激光脉冲串中的微脉冲的宽度和间隔。
在本申请一实施例中，本申请提供的所述激光脉冲串中相邻子脉冲的中心间距，大于所述超短激光脉冲串中微脉冲的脉冲宽度，且小于所述激光脉冲串中子脉冲的脉冲宽度。
本申请实施例提供了一种超短激光脉冲串的产生方法及装置，通过拍频系统对包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串进行拍频，得到包括多个具有准正弦调制特性的微脉冲的超短激光脉冲串，通过调整优化多个子脉冲的时间间隔，最终产生的超短激光脉冲串可以实现堆叠效果，以此驱动光阴极电子枪产生相应的电子束团。本发明提供的技术方案能够有效降低单个微脉冲内的电荷量，从而有效降低空间电荷排斥力而获得短长度的微脉冲，能够有效降低电子束团长度，进而提高电子束团的群聚因子，相应的有效提高太赫兹相干辐射功率。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种超短激光脉冲串的产生装置，其特征在于，包括：
激光脉冲串生成系统，所述激光脉冲串生成系统用于生成包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串，其中，每一所述子脉冲的脉冲宽度一致；
以及，拍频系统，所述拍频系统用于对所述激光脉冲串进行拍频，得到包含多个微脉冲的超短激光脉冲串。
2.根据权利要求1所述的超短激光脉冲串的产生装置，其特征在于，所述激光脉冲串生成系统包括：
第二激光脉冲生成单元，所述第二激光脉冲生成单元用于生成包括多个子脉冲的第二激光脉冲；
以及，啁啾展宽单元，所述啁啾展宽单元用于对所述第二激光脉冲进行啁啾展宽，形成包括多个具有啁啾特性的子脉冲的激光脉冲串。
3.根据权利要求2所述的超短激光脉冲串的产生装置，其特征在于，所述第二激光脉冲生成单元包括：
一激光源，所述激光源用于输出第一激光脉冲；
设置于所述激光源光路上的激光分束模块，所述激光分束模块用于对所述第一激光脉冲分束处理得到多个子脉冲；
以及，设置于所述激光分束模块光路上的合束模块，所述合束模块用于对所有子脉冲合束，形成包括多个子脉冲的第二激光脉冲。
4.根据权利要求3所述的超短激光脉冲串的产生装置，其特征在于，所述激光分束模块用于对所述第一激光脉冲进行至少一次分束，其中，所述激光分束模块包括：
分束子系统，所述分束子系统包括第一级分束子模块至第N级分束子模块，每一级分束子模块包括至少一个分束镜，且第i级分束子模块的至少一个分束镜的至少一路分束光路上，对应设置有第i+1级分束子模块一分束镜，N为大于0的整数，i为不大于N的正整数；
以及，第一反射模块，所述第一反射模块用于将所述分束子系统输出的多个子脉冲传输至所述合束模块。
5.根据权利要求3所述的超短激光脉冲串的产生装置，其特征在于，所述激光分束模块用于对对所述第一激光脉冲进行至少一次分束并合束操作后再次分束，其中，所述激光分束模块包括：
第一级分束合束子模块至第N级分束合束子模块，及设置于所述第N级分束合束子模块的光路上的分束子模块，每一级分束合束子模块包括一分束镜和一设置于所述分束镜光路上合束镜，且所述分束子模块为一分束镜，N为大于0的整数；
以及，第一反射模块，所述第一反射模块用于将所述分束子模块输出的两路脉冲传输至所述合束模块。
6.根据权利要求2所述的超短激光脉冲串的产生装置，其特征在于，所述第二激光脉冲生成单元包括：
多个激光源，每一激光源用于输出各自相应的第一激光脉冲；
设置于所述多个激光源的光路上的相位调节模块，所述相位调节模块用于调节所述第一激光脉冲的相位，使每一所述第一激光脉冲的相位同步为多个子脉冲；
以及，设置于所述相位调节模块光路上的合束模块，所述合束模块用于对所有子脉冲合束，形成包括多个子脉冲的第二激光脉冲。
7.根据权利要求2所述的超短激光脉冲串的产生装置，其特征在于，所述啁啾展宽单元包括：
第二反射模块，所述第二反射模块用于将接收所述第二激光脉冲并输出；
设置于所述第二反射模块光路上的啁啾展宽模块，所述啁啾展宽模块用于对所述第二反射模块输出的第二激光脉冲进行第一次啁啾展宽；
设置于所述啁啾展宽模块的光路上的第三反射模块，所述第三反射模块用于将经过第一次啁啾展宽后的第二激光脉冲反射至所述啁啾展宽模块，且所述啁啾展宽模块对经过第一次啁啾展宽后的第二激光脉冲进行第二次啁啾展宽后，输出至所述第二反射模块，所述第二反射模块将经过第二次啁啾展宽的第二激光脉冲输出至所述拍频系统。
8.根据权利要求7所述的超短激光脉冲串的产生装置，其特征在于，所述啁啾展宽模块为平行光栅对。
9.根据权利要求1所述的超短激光脉冲串的产生装置，其特征在于，所述拍频系统包括：
分束干涉模块，所述分束干涉模块用于将所述激光脉冲串分束为两路子激光脉冲串；
分别设置于所述分束干涉模块两路光路上的反射镜，且所述反射镜的镜面与其相应子激光脉冲串的方向垂直，两个所述反射镜用于对两路所述子激光脉冲串分别进行不同光程的反射，以使反射后的两路所述子激光脉冲串发生拍频。
10.根据权利要求9所述的超短激光脉冲串的产生装置，其特征在于，所述分束干涉模块为平板分束镜。
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