CN2577306Y - 光脉冲整形装置 - Google Patents

Abstract

一种光脉冲整形装置，主要适用于高功率激光装置中激光脉冲的整形。含有由两个电光偏转器、四个透镜组成的透镜组和刀口器构成的4f系统。刀口器含有两个直刀口构成狭缝光阑。含有两个重叠置放的旋转刀口。利用第一个电光偏转器将入射激光脉冲随时间变化的光强分布扫描成随空间分布，再经过刀口器作为可调滤波元件取出部分光强按刀口器特定形状分布的光脉冲，然后用第二个电光偏转器将此光脉冲还原成光强随时间按特定形状分布的整形后的光脉冲输出。本实用新型的整形装置应用于高功率激光装置中，整形后的光脉冲比在先技术输出的整形后光脉冲更稳定可靠，操作方便、耐用。

Description

光脉冲整形装置

技术领域：

本实用新型涉及一种光脉冲整形装置，主要适用于高功率激光装置中激光脉冲的整形。

背景技术：

对大型高功率激光系统的实验而言，前端系统的激光时间脉冲整形不仅能够对反应物质的预热、减小实验过程中的瑞利-泰勒(Rayleigh-Taylor)不稳定性、提高对激光驱动能量的利用效率，而且对于有效地减少实验过程中的受激布里渊散射效应(SBS)，防止激光系统中器件的损伤和激光波形的畸变都是不可缺少的部分。

随着高功率激光技术的发展，对终端脉冲的空间填充因子要求越来越高，直接导致对前端时间脉冲整形技术的要求也越来越高。激光脉冲整形系统也经历了一个从无到有、从简单到复杂的过程。

在先技术[1]：(参见Y.H.Chuang，T.J.Kessler and S.Skupsky，Laser-beampulse shaping using dispersive filtering，SPIE，1993，1870：34-46)

美国利弗摩尔实验室(LLNL)提供的诺瓦(NOVA)激光装置上，采用光电导产生的电脉冲对光脉冲削波实现光脉冲整形。虽然它初步具备了整形能力，但稳定性差、造价高、整形能力有限。

在先技术[2]：(参见C.E.Thomas and L.D.Siebert，Pulse shape-generator forlaser fusion，Appl.Opt.，1976，15(2)：462-465)

美国罗彻斯特大学激光力能实验室(LLE)提供的欧米笳(OMEGA)激光装置上，利用冷阴极管取代球隙放电产生整形光脉冲。虽然电抖动较小，但稳定性仍不能满足要求。

在先技术[3]：

日本大阪大学激光工程研究所(ILE)提供的金刚(GEKKO-4)装置上，利用脉冲堆砌，通过改变标准具的厚度和声光调制器的调制度来输出篱柱形光脉冲。虽然装置简单可靠，但是脉冲整形的灵活性不够。

发明内容：

本实用新型为了克服在先技术中的不足，提供一种对于高功率激光系统前端激光装置中的光脉冲的整形装置，不仅整形可靠稳定，而且使用方便、耐用。

本实用新型的光脉冲整形装置，包括将由激光振荡器1发射的激光束G_in分成两束光G_z、G_c的分束镜2，由分束镜2透射的一束光G_z的光路上，依次经过第一反射镜4、空间滤波器5和第二反射镜6后，再依次经过全部都是同光轴置放的置于第一透镜8物点O上的的第一光阑7、第一透镜8、置于第一透镜8与第二透镜10共焦点O₁上的第二光阑9、第二透镜10、置于第二透镜10与第三透镜12共焦点O₂上的第一电光偏转器11、第三透镜12、置于第三透镜12与第四透镜14共焦点O₃上的刀口器13、第四透镜14、置于第四透镜14与第五透镜16共焦点O₄上的第二电光偏转器15、第五透镜16、置于第五透镜16与第六透镜18共焦点O₅上的第三光阑17、第六透镜18、置于第六透镜18与第七透镜20共焦点O₆上的第四光阑19、第七透镜20至输出激光束G_out；由分束镜2反射的一束光G_c入射到冷阴极管3上，冷阴极管3的输出分别与第一电光偏转器11和第二电光偏转器15相连。整个装置如图1所示。

所说的置于第三透镜12与第四透镜14之间的共焦点O₃上的刀口器13，其结构如图2所示。它含有刀口支架1304，固定于刀口支架1304上的构成狭缝光阑1306的第一直刀口1303和第二直刀口1305。第一、第二两个直刀口1303、1304的相对位置可以调节。也就是说，构成的狭缝光阑13的大小能够调节。在刀口支架1304上还固定有顶角从上述狭缝光阑1306横向插入的，两顶点O′重合的顶角相等的两者相互重叠置放的第一旋转刀口1301和第二旋转刀口(1302)。两旋转刀口1301和1302延伸位置能够分别调节。

本实用新型的结构如上所述，是含有刀口器13的光脉冲整形装置，其光路如图1所示，由激光振荡器1输出的激光G_in经过分束镜2后，分成两束。透过的一束G_z作为主激光进入光路。反射的一束G_c作为冷阴极管3的触发光。冷阴极管3被触发后，产生的电脉冲通过电缆线，分别传输到第一、第二两个电光偏转器11和15上用以驱动这两个电光偏转器。考虑到为了使光路装置占地小，使用了一对反射镜4和6对光路进行了折叠。同时，为了满足激光振荡器1输出光束质量高的要求，在第一和第二反射镜4、6之间加入了空间滤波器5对光束进行了空间滤波；而且在后续光路中，第一、第二、第三、第四光阑7、9、17、19以及第一、第二透镜8、18都是一次次地滤波，起到了改善光束质量的作用。在本实用新型的脉冲整形装置的光路中，关键性的光学元件是自第二透镜10至第五透镜16构成的4f系统。在4f系统中，第一、第二两个电光偏转器11、15性能相同，第二、第三、第四、第五透镜10、12、14和16的焦距相等。两个电光偏转器、四个透镜组成的透镜组和刀口器13构成了这个4f系统。刀口器13所在的平面是第三、第四透镜12和14的共焦面。在共焦面上放置本实用新型的刀口器13作为可调滤波光阑。第一电光偏转器11将入射光脉冲在时域上扫描(扫描方向与光传播方向正交)，不同时刻的光被偏转到刀口器13的不同位置而形成一条扫描线，从而把随时间变化的光强分布变成随空间变化的光强分布。经过作为可调滤波光阑——刀口器13，是特殊设计的结构。通过调节刀口通光的形状和大小可以使上述扫描线的不同位置处透过不同强度的激光。第五透镜16完成光脉冲像传递。由于第一、第二两个电光偏转器11、15性能相同、偏转方向相反，加在两个电光偏转器上的电脉冲由电缆线分束，幅值相等且与光脉冲同步，结果第二电光偏转器15将第一电光偏转器11的偏转光复原到原光轴上传播。入射光脉冲经过这个系统后，被彻底地改形，形成新的出射激光脉冲。该光脉冲的形状由作为滤波光阑的刀口器13的通光形状和大小决定，它的时间宽度取决于电光偏转器11、15的扫描速度和刀口器13的形状。上述过程实现了脉冲整形。当调整两个直刀口1303和1305时，狭缝光阑1306变化，则输出激光脉冲的脉宽发生变化。通过调整这两个直刀口之间的距离，可以看出激光脉冲的脉宽随两个直刀口之间距离的变化而改变。当调整第一旋转刀口1301和第二旋转刀口1302时，输出激光脉冲的形状则改变，由原来的高斯型光脉冲变化为非高斯型的光脉冲。因此，调整两个旋转刀口1301和1302的相对延伸位置，可以获得不同形状的非高斯型光脉冲。从以上调整过程可以看出，通过调整刀口器13，输出激光的脉冲宽度和脉冲形状都可以进行调整。从整形装置光路图1可以看出，本实用新型的整形装置主要含有的元件是两个电光偏转器、供冷阴极管3的高压同步脉冲电源和作为滤波光阑的刀口器13。整个整形装置的关键部件就是作为可调滤波光阑的刀口器13。

从上述过程可以看出，本实用新型——含有刀口器13的光脉冲整形装置的基本过程是利用第一电光偏转器11将入射激光脉冲随时间变化的光强分布扫描成随空间分布，在上述位置上用本实用新型的刀口器13作为可调滤波光阑取出部分光强按刀口器13所特定的形状分布的光，然后用另一个性能完全相同的第二电光偏转器15将它还原成光强随时间按特定形状分布(反向扫描)的整形光脉冲后输出。

本实用新型的整形装置与在先技术相比，由于本实用新型的整形装置含有刀口器13，作为可调滤波光阑，得到光强按刀口器13的特定形状分布的光脉冲。加上第一、第二两个电光偏转器11、15的配合，最终从整形装置输出的是光强随时间按特定形状分布的整形后的光脉冲。与在先技术相比，本实用新型输出的光脉冲稳定、可靠，操作方便、耐用、造价低廉。

附图说明：

图1为本实用新型的光脉冲整形装置的结构示意图。

图2为本实用新型整形装置中的刀口器13的结构示意图。

图3为具体实施方式中，通过刀口器13获得的整形激光脉冲曲线图。

图4为本实用新型的整形装置应用于高功率激光装置中所获得的激光脉冲曲线图。

具体实施方式：

如图1所示结构。

激光振荡器1发射的激光脉冲G_in的波长为1.053μm，激光能量为1mJ。

加于冷阴极管3上的高压同步脉冲电源的电压为4KV。刀口器13上第一旋转刀口1301的顶角为60°，第二旋转刀口1302的顶角也为60°。

当置于整形装置中起相传递作用的第七透镜20物面上的应用装置，需要1ns的方波脉冲时，调整刀口器13的各刀口的位置，狭缝光阑1306的宽度为1cm。缓慢调节第一、第二旋转刀口1301、1302，获得光脉冲整形的曲线如图3所示。

将上述获得的光脉冲在应用装置中经过增益和系统放大后，到最终应用物质上获得终端整形的光脉冲曲线如图4所示。从图4中不难看出，经整形后终端激光脉冲的脉宽为1.16ns，上升前沿为337ps，下降沿为360ps，时间填充因子为81.2％的方波脉冲。这些数据完全满足了应用装置的要求，而且比在先技术中所提供的那些激光装置输出的光脉冲更稳定、可靠。

Claims (1)

1.一种光脉冲整形装置，包括将由激光振荡器(1)发射的激光束(G_in)分成两束光(G_z、G_c)的分束镜(2)，由分束镜(2)透射的一束光(G_z)的光路上依次经过第一反射镜(4)、空间滤波器(5)和第二反射镜(6)后，再依次经过置于第一透镜(8)物点(O)上的全部同光轴置放的第一光阑(7)、第一透镜(8)、置于第一透镜(8)与第二透镜(10)共焦点(O₁)上的第二光阑(9)、第二透镜(10)、置于第二透镜(10)与第三透镜(12)共焦点(O₂)上的第一电光偏转器(11)、第三透镜(12)、第四透镜(14)、置于第四透镜(14)与第五透镜(16)共焦点(O₄)上的第二电光偏转器(15)、第五透镜(16)、置于第五透镜(16)与第六透镜(18)共焦点(O₅)上的第三光阑(17)、第六透镜(18)、置于第六透镜(18)与第七透镜(20)共焦点(O₆)上的第四光阑(19)、第七透镜(20)至输出激光束(G_out)；由分束镜(2)反射的一束光(G_c)入射到冷阴极管(3)上，冷阴极管(3)的输出分别与第一电光偏转器(11)和第二电光偏转器(15)相连；其特征在于在分束镜(2)透射光束的光路上，在第三透镜(12)与第四透镜(14)之间的共焦点(O₃)上置有刀口器(13)，刀口器(13)含有刀口支架(1304)，固定于刀口支架(1304)上有构成能够调节的狭缝光阑(1306)的第一直刀口(1303)和第二直刀口(1305)，在刀口支架(1304)上还固定有顶角从上述狭缝光阑(1306)横向插入的，两顶点(O′)重合的顶角相等的伸延位置能够分别调节的重叠放置的第一旋转刀口(1301)和第二旋转刀口(1302)。

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