CN101067682A - 折叠的反射式单光栅展宽装置 - Google Patents

Abstract

一种折叠的反射式单光栅展宽装置，包括柱型凹面反射镜、光栅、1/2λ波片、第一平面反射镜，第二平面反射镜，所述的1/2λ波片位于该装置的光束输入和输出的光路上，其特征在于还有第三平面反射镜，所述的第一平面反射镜位于所述的柱型凹面反射镜和光栅之间的光轴上且接近该光栅，或所述的第一平面反射镜位于所述的柱型凹面反射镜和光栅光轴的延线上且接近所述的光栅的位置，所述的第三平面反射镜关于第一平面反射镜的镜象位于所述的柱型凹面反射镜的焦平面上，第一平面反射镜与所述的光轴的夹角的取值范围是45°～90°。本发明的最大特点是结构紧凑，使用灵活，可以实现高功率大能量超强超短激光***中对激光脉冲大展宽比的要求。

Description

折叠的反射式单光栅展宽装置

技术领域

本发明涉及超强超短激光，是一种用于高功率大能量超短激光***的啁啾脉冲的折叠的反射式单光栅展宽装置，主要适用于高能量(200～2000焦耳)超短(10^-15～10^-12秒)超强(10¹²～10¹⁵瓦)激光***的脉冲展宽。

背景技术

啁啾脉冲放大(Chirped Pulse Amplification，简写为CPA)和光学参量啁啾脉冲放大(Optical Parametric Chirped Pulse Amplification，简写为OPCPA)是目前获取超短、超强激光脉冲的经典方法，已被广泛地应用于建造多太瓦(即10¹²W，简写为TW)级激光***和拍瓦(即10¹⁵W，简写为PW)级激光***。它首先利用展宽器对飞秒或亚皮秒的激光脉冲引入一定的啁啾量，使脉冲展宽，注入高增益的预放，当脉冲能量达到焦耳量级，再通过主放大器将能量提高到设计的水平，最后利用压缩器引入与展宽器相反的啁啾量，使脉冲宽度复原，从而获得高功率大能量的超短脉冲激光输出。其中展宽器是一个重要的器件，它的合理设计对提高整个***性能是非常重要的。

目前，在高功率大能量超短激光***中，当***最后压缩脉冲的脉宽为0.5-10ps的时候，脉冲展宽器一般采用反射式单光栅展宽器，而不采用ffner展宽器。原因是反射式单光栅展宽器调节方便、快捷、装置稳定，而ffner展宽器光路复杂，调节困难，因此在满足***总体要求的情况下，尽量采用调节方便、快捷、稳定的装置。但是目前采用的反射式单光栅展宽器也有其缺点：一、占用的空间较大；二、为了在纵向方向使光路错开一定的位置，光栅的纵向尺寸也不能太大。而在高功率大能量的超短激光***装置中，主放大器设计好后，空间等都是有限制的，所以如果能够对原有反射式单光栅展宽器的设计进行适当的调整，在保留原来优点的情况下，实现更加灵活多变地适用大激光装置的需要，是有很大的实际意义的。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有的高功率大能量超短激光脉冲展宽装置的不足，提供一种折叠的反射式单光栅展宽装置，以节省空间，结构更加紧凑。

本发明的技术解决方案如下：

一种折叠的反射式单光栅展宽装置，包括柱型凹面反射镜、光栅、1/2λ波片、第一平面反射镜，第二平面反射镜，所述的1/2λ波片位于该装置的光束输入和输出的光路上，其特征在于还有第三平面反射镜，所述的第一平面反射镜位于所述的柱型凹面反射镜和光栅之间的光轴上且接近该光栅，或所述的第一平面反射镜位于所述的柱型凹面反射镜和光栅光轴的延线上且接近所述的光栅的位置，所述的第三平面反射镜关于第一平面反射镜的镜象位于所述的柱型凹面反射镜的焦平面上，第一平面反射镜与所述的光轴的夹角的取值范围是45°～90°，所述的光栅与所述的光轴的夹角为：

其中：λ₀为激光中心波长，γ为激光的入射角，d为所述的光栅的刻线密度。

所述的第一平面反射镜与所述的光栅在光轴上的距离为2～8cm。

所述的柱型凹面反射镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜和第三平面反射镜都镀有对应于工作波长的介质全反射膜。

所述的柱型凹面反射镜的曲率半径为700～1200cm。

所述的光栅的刻线密度可选范围为：1200线/mm～1800线/mm。

所述的柱型凹面反射镜与所述的光栅之间的距离为柱型凹面反射镜的曲率半径值的0.2～0.3倍。

本发明折叠的反射式单光栅展宽装置的工作过程是：

种子激光经过1/2λ波片后，入射到衍射光栅上，激光脉冲中的不同波长成分在所述的光栅的衍射面上展开，衍射光线传播到所述的柱型凹面反射镜上，经过该柱型凹面反射镜反射后传播到第一平面反射镜上，再经过第一平面反射镜反射后传播到第三平面反射镜上，由第三平面反射镜反射后回到第一平面反射镜，再次经第一平面反射镜反射后回到所述的柱型凹面反射镜上，再经该柱型凹面反射镜反射后，传播到光栅上，经过光栅再次衍射后，经过第二全反射镜的反射后，光线沿原光路返回，在1/2λ波片处反射输出。

与原有的反射式单光栅展宽装置相比，本发明折叠的反射式单光栅展宽装置具有以下不同点：

1、结构紧凑，太太减少了展宽器所占的横向距离；

2、由于本发明有两种结构，可以根据能得到的光栅尺寸来选择适当的结构，因此非常灵活。

3、可以实现高功率大能量超强超短激光***中对激光脉冲进行大展宽比展宽的要求；

附图说明

图1为已有的反射式单光栅展宽装置示意图。

图2为本发明折叠的反射式单光栅展宽装置实施例1的结构示意图

图3为本发明折叠的反射式单光栅展宽装置实施例2的结构示意图。

图中：1-柱型凹面反射镜  2-光栅  3-第一平面反射镜  4-第二平面反射镜  6-第三平面反射镜  5-1/2λ波片  6’-是第三平面反射镜关于第一平面反射镜的镜像

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图2，图2为本发明折叠的反射式单光栅展宽装置实施例1的结构示意图，由图可见，本发明折叠的反射式单光栅展宽装置实施例1的构成包括柱型凹面反射镜1、光栅2、1/2λ波片5、第一平面反射镜3，第二平面反射镜4，所述的1/2λ波片5位于该装置的光束输入和输出的光路上，其特征在于还有第三平面反射镜6，所述的第一平面反射镜3位于所述的柱型凹面反射镜1和光栅2之间的光轴上且接近所述的光栅2，第一平面反射镜3在光栅2的前面沿光轴方向6cm处，所述的第三平面反射镜6关于第一平面反射镜3的镜象6’位于所述的柱型凹面反射镜1的焦平面上，第一平面反射镜3与所述的光轴的夹角为60°。所述的光栅2与所述的光轴的夹角为：

其中：λ₀为激光中心波长，γ为激光的入射角，d为所述的光栅的刻线密度。

所述的柱型凹面反射镜1、第一平面反射镜3、第二平面反射镜4和第三平面反射镜6都镀有对应于工作波长的介质全反射膜。

所述的柱型凹面反射镜1的曲率半径为900cm。柱型凹面反射镜1与光栅2之间的距离为柱型凹面反射镜1的曲率半径值的0.242倍，即217.8cm。

所述的光栅的刻线密度为1740线/mm，采用的入射角为69.5°，激光的中心波长为1053nm，光栅与光轴的夹角为26.4°。

所述的柱型凹面反射镜1与光轴所在的水平面垂直。

所述的平面反射镜4与入射到平面反射镜4的光线垂直。

图3为本发明折叠的反射式单光栅展宽装置实施例2的结构示意图。由图可见，实施例2和实施例1区别在于第一平面反射镜3的位置不同，所述的第一平面反射镜3在所述的柱型凹面反射镜1和光栅2光轴的延线上且接近所述的光栅2的位置，6′是平面反射镜6关于平面反射镜3的镜象，其中6′位于柱型凹面反射镜1的焦平面上。

本发明新型折叠的反射式单光栅展宽装置具体的工作过程是：

本发明实施例1和实施例2(见图2和图3)的工作过程相同，具体如下：种子激光经过1/2λ波片后，入射到衍射光栅2上，激光脉冲中的不同波长成分在衍射光栅2的衍射面上展开，衍射光线传播到柱型凹面反射镜1上，经过柱型凹面反射镜1反射后传播到平面反射镜3上，再经过平面反射镜3反射后传播到平面反射镜6上，由平面反射镜6反射后回到平面反射镜3，再次经平面反射镜3反射后回到柱型凹面反射镜1上，再次经过柱型凹面反射镜反射后，传播到光栅2上，经过光栅2再次衍射后，经过全反射镜4的反射后，光线沿原光路返回，在1/2λ波片处反射输出。

本发明折叠的反射式单光栅展宽装置的最大特点是结构紧凑，使用灵活，可以实现高功率大能量超强超短激光***中对激光脉冲大展宽比的要求。

Claims (6)

1、一种折叠的反射式单光栅展宽装置，包括柱型凹面反射镜(1)、光栅(2)、1/2λ波片(5)、第一平面反射镜(3)，第二平面反射镜(4)，所述的1/2λ波片(5)位于该装置的光束输入和输出的光路上，其特征在于还有第三平面反射镜(6)，所述的第一平面反射镜(3)位于所述的柱型凹面反射镜(1)和光栅(2)之间的光轴上且接近所述的光栅(2)，或所述的第一平面反射镜(3)位于所述的柱型凹面反射镜(1)和光栅(2)光轴的延线上且接近所述的光栅(2)的位置，所述的第三平面反射镜(6)关于第一平面反射镜(3)的镜象位于所述的柱型凹面反射镜(1)的焦平面上，第一平面反射镜(3)与所述的光轴的夹角的取值范围是45°～90°，所述的光栅(2)与所述的光轴的夹角为： $\frac{\mathrm{\π}}{2}-\arcsin (\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{d}-\sin \mathrm{\γ}),$ 其中：λ₀为激光中心波长，γ为激光的入射角，d为所述的光栅的刻线密度。

2、根据权利要求1所述的折叠的反射式单光栅展宽装置，其特征在于所述的第一平面反射镜(3)与所述的光栅(2)在光轴上的距离为2～8cm。

3、根据权利要求1所述的折叠的反射式单光栅展宽装置，其特征在于所述的柱型凹面反射镜(1)、第一平面反射镜(3)、第二平面反射镜(4)和第三平面反射镜(6)都镀有对应于工作波长的介质全反射膜。

4、根据权利要求1所述的折叠的反射式单光栅展宽装置，其特征在于所述的柱型凹面反射镜(1)的曲率半径为700～1200cm。

5、根据权利要求1所述的折叠的反射式单光栅展宽装置，其特征在于所述的光栅(2)的刻线密度可选范围为：1200线/mm～1800线/mm。

6、根据权利要求1至5任一项所述的折叠的反射式单光栅展宽装置，其特征在于所述的柱型凹面反射镜(1)与所述的光栅(2)之间的距离为柱型凹面反射镜(1)的曲率半径值的0.2～0.3倍。

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