CN214379228U - 一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置，该装置采用两个受激布里渊散射发生池，通过两级压缩实现脉宽压缩，具有适用能量范围广，能量转化效率高、适用波长范围广、SBS脉冲波形窄等优点，对高能情况下基于受激布里渊散射脉宽压缩过程中的尾部调制起到了很好的抑制作用，同时可以产生脉宽小于100ps(56ps)SBS脉冲，在受激布里渊散射的各种应用领域具有巨大的应用潜力。
Description
技术领域
本实用新型属于光学技术领域，涉及一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置，具体是一种基于受激布里渊散射的获取皮秒脉冲压缩且能抑制压缩过程中脉冲尾部调制的装置。
技术背景
受激布里渊散射(SBS)是一种有效的压缩激光脉冲宽度的方法，由于其装置简单，压缩倍率大，转换效率高，成为当前研究的热点。然而随着压缩脉冲能量的增大，所得压缩脉冲尾部出现调制，极大限制了其能量利用率和脉宽的进一步压缩，将用受激布里渊散射获得无调制短脉冲的应用限制在低能领域。同时，当前的压缩结果均停留在百皮秒量级的脉冲，鲜有能实现几十皮秒量级的受激布里渊压缩结构。
泵浦光有效脉冲宽度指的是在SBS脉冲压缩过程中，泵浦光脉冲达到和超过SBS阈值功率密度时的脉冲宽度，也就是当泵浦光与Stokes光相遇时能够对 Stokes光进行放大的泵浦光脉冲宽度。Stokes脉冲后沿出现拖尾以及严重调制的现象，归其原因为脉冲压缩不充分。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决当前基于受激布里渊散射原理压缩激光脉冲过程中，所得压缩脉冲的尾部调制问题，以及现有装置难以获得十几皮秒量级脉冲的问题，提供了一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置。
本实用新型解决所述技术问题的技术方案是：设计一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置，其特征在于，该装置包括激光器(1)、第一偏振片 (2)、法拉第隔离器(3)、第二偏振片(4)、第一1/2波片(5)、第三偏振片(6)、第一楔形板(7)、第一1/4波片(8)、一级透镜(9)、第一介质池(10)、第二 1/2波片(11)、全反射镜(12)、第四偏振片(13)、第二楔形板(14)、第二1/4 波片(15)、二级透镜(16)、第二介质池(17)，其中，激光器(1)、第一偏振片(2)、法拉第隔离器(3)、第二偏振片(4)、第一1/2波片(5)、第三偏振片 (6)、第一1/4波片(8)、一级透镜(9)、第一介质池(10)按顺序依次布置在激光器发射出的激光的光轴上；
全反射镜(12)、第四偏振片(13)、第二楔形板(14)、第二1/4波片(15)、二级透镜(16)、第二介质池(17)在激光的光轴的外侧且按顺序依次布置在与该光轴平行的直线；第二1/2波片(11)设置于第三偏振片(6)与全反射镜(12) 之间，且第二1/2波片(11)、全反射镜(12)依次设置在第三偏振片(6)的反射光的光轴上；
第一介质池(10)、第二介质池(17)均为受激布里渊散射发生池。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型设计的装置，采用两个受激布里渊散射发生池，通过两级压缩实现脉宽压缩，具有适用能量范围广，能量转化效率高、适用波长范围广、SBS 脉冲波形窄等优点，对高能情况下基于受激布里渊散射脉宽压缩过程中的尾部调制起到了很好的抑制作用，同时可以产生脉宽小于100ps(56ps)SBS脉冲，在受激布里渊散射的各种应用领域具有巨大的应用潜力。
附图说明
图1为本实用新型装置一种实施例的结构示意图。
图2为本实用新型的实施例1中的装置在不同泵浦脉宽(Pump Width)时获得的stokes光脉宽的数值模拟结果。
图3为本实用新型的实施例2中的装置在不同一级透镜焦距(Focus)时获得的stokes光脉宽的数值模拟结果。
图4为实施例2的装置在固定泵浦光脉宽、一级透镜焦距为30cm时经光电探测器测得的stokes光的波形图。
图5为实施例2的装置在固定泵浦光脉宽、一级透镜焦距为50cm时经光电探测器测得的stokes光的波形图。
具体实施方式
本实用新型公开一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置(简称装置，参见图1)，该装置包括激光器(1)、第一偏振片(2)、法拉第隔离器(3)、第二偏振片(4)、第一1/2波片(5)、第三偏振片(6)、第一楔形板(7)、第一 1/4波片(8)、一级透镜(9)、第一介质池(10)、第二1/2波片(11)、全反射镜(12)、第四偏振片(13)、第二楔形板(14)、第二1/4波片(15)、二级透镜 (16)、第二介质池(17)，其中，激光器(1)、第一偏振片(2)、法拉第隔离器(3)、第二偏振片(4)、第一1/2波片(5)、第三偏振片(6)、第一1/4波片 (8)、一级透镜(9)、第一介质池(10)按顺序依次布置在激光器发射出的激光的光轴上。
全反射镜(12)、第四偏振片(13)、第二楔形板(14)、第二1/4波片(15)、二级透镜(16)、第二介质池(17)在激光的光轴的外侧且按顺序依次布置在与该光轴平行的直线；第二1/2波片(11)设置于第三偏振片(6)与全反射镜(12) 之间，且第二1/2波片(11)、全反射镜(12)依次设置在第三偏振片(6)的反射光的光轴上。
激光器(1)的激光发射端朝向第一偏振片(2)，以激光器的激光发射方向所在射线为x轴正方向，则第一偏振片(2)与x轴成锐角设置，第二偏振片(4) 与x轴成钝角设置，第一1/2波片(5)垂直于x轴设置，第三偏振片(6)x轴成锐角设置，第一楔形板(7)与x轴成锐角设置，第一1/4波片(8)垂直于x 轴设置，一级透镜(9)垂直于x轴设置，第一介质池(10)垂直于x轴设置，且一级透镜(9)的轴向对称线与x轴重合，且第一偏振片(2)、法拉第隔离器 (3)、第二偏振片(4)、第一1/2波片(5)、第三偏振片(6)、第一楔形板(7)、第一1/4波片(8)、第一介质池(10)上的至少一点位于一级透镜(9)的轴向对称线上。
二级透镜(16)的轴向对称线与x轴平行，以该轴向对称线为基准以x轴正方向为正方向，则第二1/4波片(15)垂直于该轴向对称线，第二楔形板(14) 与该轴向对称线成锐角设置，第四偏振片(13)与该轴向对称线成锐角设置，全反射镜(12)与该轴向对称线成钝角设置，全反射镜(12)、第四偏振片(13)、第二楔形板(14)、第二1/4波片(15)、第二介质池(17)上的至少一点位于二级透镜(16)的轴向对称线上。
第三偏振片(6)与一级透镜(9)的轴向对称线的交点与全反射镜(12) 与二级透镜(16)的轴向对称线的交点的连线穿过第二1/2波片(11)，且该两个交点的连线与第二1/2波片(11)垂直。
第一介质池(10)的长度为50cm～120cm，第二介质池(17)的长度为 100～120cm，一级透镜(9)焦距为20cm～120cm，二级透镜(16)焦距为50～100cm。第一介质池(10)、第二介质池(17)内径均为20mm～50mm，两个介质池内部的液体布里渊介质折射率均为1.2～1.5之间，声子寿命均为100ps～1.2ns之间。
激光器(1)输出的P偏振光波长在100nm～1500nm之间。
激光器(1)选用被动调Q单纵模Nd:YAG种子注入激光器，脉冲宽度 5ns～20ns，重复频率1Hz～10Hz。
第一介质池(10)、第二介质池(17)均为受激布里渊散射发生池，内部均填充有SBS活性介质，该SBS活性介质为FC-40液体或FC-75液体。偏振片的倾斜角度为布鲁斯特角。
上述装置可以进一步包括光电探测器，来探测系统各个阶段脉冲的波形。在第一楔形板(7)、第二楔形板(14)、第四偏振片(13)的折射光的光路上分别设置光电探测器，利用折射光来检测各个阶段脉冲的波形。
上述装置还可以进一步包括能量探测器，分别探测两级输入的能量，在第一楔形板(7)、第二楔形板(14)的折射光的光路上分别设置能量探测器，探测二级压缩输入的能量。
光电探测器为UPD系列超快光电探测器，厂商为尖丰光电；
能量探测器型号为EDX3600B，生产商为天瑞仪器skyray；
本实用新型装置的工作原理与工作流程：激光器(1)输出的P偏振光，首先经过由第一偏振片(2)、法拉第隔离器(3)、第二偏振片(4)组成的隔离系统，以防止后向散射回来的光进入激光器后振荡放大打坏激光器；再经过由第一1/2波片(5)和第三偏振片(6)组成的能量调节系统，通过调节第一1/2波片(5)，可以控制经过第三偏振片(6)后P偏振光和S偏振光的能量比，从而控制泵浦光能量流向；
经过第三偏振片(6)后的P偏振光先经第一楔形板(7)取样后，再经第一1/4波片(8)后变为圆偏振光，再经一级透镜(9)聚焦到装有SBS活性介质的第一介质池(10)中发生SBS，其后向散射的Stokes脉冲经过第一1/4波片(8)后，由圆偏光变为S偏振光，然后先经第一楔形板(7)取样后再由第三偏振片(6)进行分离，分离出的S偏振光反射到第二1/2波片(11)；
S偏振光经过第二1/2波片(11)之后，由全反射镜(12)反射，从而经过第四偏振片(13)，之后由第二楔形板(14)取样，然后经过第二1/4波片(15) 变为圆偏振光，之后由二级透镜(16)将其聚焦到第二介质池(17)中发生受激布里渊散射，其后向散射的Stokes脉冲经过第二1/4波片(15)后，由圆偏光变为S偏振光，该S偏振光先由第二楔形板(14)取样后再经过第四偏振片 (13)进行分离，从而实现了Stokes脉冲的分离提取。通过发生两次SBS，进行两级压缩，第一次SBS产生一个陡前沿短有效脉宽的脉冲，作为二级压缩的泵浦光，二级压缩后产生一个无尾部调制几十皮秒量级的短脉冲。
实施例1
本实施提供一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置，其具有如上所述装置的结构和下述参数：
所述激光器(1)为单模激光器，其输出脉冲能量为1J，输出重复频率为 10Hz；一级透镜(9)的焦距为透镜30cm,二级透镜(16)的焦距为50cm；第一介质池(10)、第二介质池(17)内的SBS活性介质均为FC-40液体。其他部分都为常见器件，无特定要求。
本实施例的装置在不同泵浦光脉宽时获得stokes光脉宽的数值模拟结果如图2所示。
实施例2
本实施提供一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置，本实施例中的装置与实施例1中所述的装置不同点是，所述一级透镜(9)的焦距更长，其余保持不变。
本实施例的装置在同一泵浦光脉宽、不同的一级透镜(9)焦距下获得的 stokes光脉宽的数值模拟结果如图3所示。
根据数值模拟结果可以看到，透镜焦距越长，获得的脉冲越窄，前沿越陡；同时，泵浦光脉宽越窄，所得stokes光脉宽越窄。因此，一级透镜采用更长焦距(0.8m～1.2m)，有获得一个更窄的陡前沿脉冲，有利于进一步的压缩。
进一步的，采用光电探测器，分别测量实施例2的装置在同一固定泵浦光脉宽、一级透镜(9)的焦距分别为30cm、50cm时所得的stokes光的波形。将光电探测器设置在第四偏振片(13)的折射光的光路，当一级透镜(9)的焦距为30cm时，经光电探测器测量得到的脉冲的波形图如图4所示；当一级透镜(9) 的焦距为50cm时，经光电探测器测量得到的脉冲的波形图如图5所示；一束光的主光路与折射光光路的能量(Intensity)变化是一致的，折射光光路的脉冲的波形图可以反映主光路的脉冲的波形。由图4、图5可以看到，一级透镜(9)的焦距越长，脉宽越窄，与数值模拟结果相吻合。
本实用新型未述及之处适用于现有技术。
Claims (10)
1.一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置，其特征在于，该装置包括激光器(1)、第一偏振片(2)、法拉第隔离器(3)、第二偏振片(4)、第一1/2波片(5)、第三偏振片(6)、第一楔形板(7)、第一1/4波片(8)、一级透镜(9)、第一介质池(10)、第二1/2波片(11)、全反射镜(12)、第四偏振片(13)、第二楔形板(14)、第二1/4波片(15)、二级透镜(16)、第二介质池(17)，其中，激光器(1)、第一偏振片(2)、法拉第隔离器(3)、第二偏振片(4)、第一1/2波片(5)、第三偏振片(6)、第一1/4波片(8)、一级透镜(9)、第一介质池(10)按顺序依次布置在激光器发射出的激光的光轴上；
全反射镜(12)、第四偏振片(13)、第二楔形板(14)、第二1/4波片(15)、二级透镜(16)、第二介质池(17)在激光的光轴的外侧且按顺序依次布置在与该光轴平行的直线；第二1/2波片(11)设置于第三偏振片(6)与全反射镜(12)之间，且第二1/2波片(11)、全反射镜(12)依次设置在第三偏振片(6)的反射光的光轴上；
第一介质池(10)、第二介质池(17)均为受激布里渊散射发生池。
2.根据权利要求1所述的一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置，其特征在于，激光器(1)的激光发射端朝向第一偏振片(2)，以激光器的激光发射方向所在射线为x轴正方向，则第一偏振片(2)与x轴成锐角设置，第二偏振片(4)与x轴成钝角设置，第一1/2波片(5)垂直于x轴设置，第三偏振片(6)x轴成锐角设置，第一楔形板(7)与x轴成锐角设置，第一1/4波片(8)垂直于x轴设置，一级透镜(9)垂直于x轴设置，第一介质池(10)垂直于x轴设置，且一级透镜(9)的轴向对称线与x轴重合，且第一偏振片(2)、法拉第隔离器(3)、第二偏振片(4)、第一1/2波片(5)、第三偏振片(6)、第一楔形板(7)、第一1/4波片(8)、第一介质池(10)上的至少一点位于一级透镜(9)的轴向对称线上；
二级透镜(16)的轴向对称线与x轴平行，以该轴向对称线为基准以x轴正方向为正方向，则第二1/4波片(15)垂直于该轴向对称线，第二楔形板(14)与该轴向对称线成锐角设置，第四偏振片(13)与该轴向对称线成锐角设置，全反射镜(12)与该轴向对称线成钝角设置，全反射镜(12)、第四偏振片(13)、第二楔形板(14)、第二1/4波片(15)、第二介质池(17)上的至少一点位于二级透镜(16)的轴向对称线上；
第三偏振片(6)与一级透镜(9)的轴向对称线的交点与全反射镜(12)与二级透镜(16)的轴向对称线的交点的连线穿过第二1/2波片(11)，且该两个交点的连线与第二1/2波片(11)垂直。
3.根据权利要求1或2任一项所述的一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置，其特征在于，第一介质池(10)的长度为50cm～120cm，第二介质池(17)的长度为100～120cm。
4.根据权利要求3所述的一项所述的一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置，其特征在于，第一介质池(10)、第二介质池(17)内径均为20mm～50mm。
5.根据权利要求1、2或4任一项所述的一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置，其特征在于，第一介质池(10)、第二介质池(17)内部的液体布里渊介质折射率均为1.2～1.5之间，声子寿命均为100ps～1.2ns之间。
6.根据权利要求1或2所述的一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置，其特征在于，激光器(1)输出的P偏振光波长在100nm～1500nm之间。
7.根据权利要求1或2任一项所述的一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置，其特征在于，一级透镜(9)焦距为20cm～120cm。
8.根据权利要求1或2任一项所述的一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置，其特征在于，二级透镜(16)焦距为50～100cm。
9.根据权利要求1或2任一项所述的一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置，其特征在于，第一介质池(10)、第二介质池(17)内部均填充有SBS活性介质。
10.根据权利要求9所述的一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置，其特征在于，SBS活性介质为FC-40液体或FC-75液体。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202120730115.1U CN214379228U (zh) | 2021-04-12 | 2021-04-12 | 一种能抑制尾部调制的获取皮秒脉冲压缩的装置 |
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| CN214379228U true CN214379228U (zh) | 2021-10-08 |
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| CN (1) | CN214379228U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114389141A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-04-22 | 河北工业大学 | 一种基于受激拉曼散射产生放大结构的超短脉冲激光器 |
| CN114389138A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-04-22 | 河北工业大学 | 一种基于受激拉曼散射二次放大结构的脉宽压缩器 |
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2021
- 2021-04-12 CN CN202120730115.1U patent/CN214379228U/zh active Active
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| CN114389138A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-04-22 | 河北工业大学 | 一种基于受激拉曼散射二次放大结构的脉宽压缩器 |
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