CN103888111B - 基于迈克尔逊干涉仪的脉冲序列调制方法及调制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于迈克尔逊干涉仪的脉冲序列调制方法和调制器，属于超快激光领域。将一个超快激光脉冲逐级分光形成多个子脉冲，通过在每个分支光路的末端放置与光路垂直的反射镜使各个子脉冲再原路逐级返回，最后从第一个分光镜处输出由这些子脉冲构成的脉冲序列，每一个分支光路都对应着一个独立的子脉冲，因此级联的次数，或者说末端分支的数量决定了最终输出的脉冲序列中子脉冲的个数。通过平移反射镜来调节对应分支光路的光程，即可达到调节子脉冲延迟的目的，可以实现将一个超快激光脉冲调制成为多个时间间隔为飞秒到皮秒量级的子脉冲构成的脉冲序列，并且可以精确控制各子脉冲的能量和延迟，从而为相应超快激光领域的研究提供手段和工具。

Description

基于迈克尔逊干涉仪的脉冲序列调制方法及调制器

技术领域

本发明涉及一种基于迈克尔逊干涉仪的脉冲序列调制方法和调制器，属于超快激光领域。

背景技术

超快激光一般指脉宽小于10ps的脉冲激光，由于脉冲持续时间极短，因而具有很高的峰值功率和极高的瞬时光场强度，巨有很强的激发、调控及探测能力，因而在原子物理、化学（AHZewail-Femtochemistry:Atomic-scaledynamicsofthechemicalbond.TheJournalofPhysicalChemistryA,2000.）、生物以及精密制造等领域都有着重要应用。近年来在超快激光制造领域，基于电子状态调控实现高精度高质量高效率制造（LJiang,PLiu,XYan,NLeng,CXu,HXiao,YLu.High-throughputrear-surfacedrillingofmicrochannelsinglassbasedonelectrondynamicscontrolusingfemtosecondpulsetrains.Opticsletters,2012.）的思想，得到国内外学者广泛认可。电子状态调控的一个具体方法是将超快激光脉冲调制为间隔在飞秒到皮秒量级的多个超快激光子脉冲构成的脉冲序列。然而，一般的超快激光器本身的脉冲重复频率都很低，对应的脉冲间隔周期一般都不会短于纳秒，如何获取脉冲间隔为飞秒到皮秒量级的脉冲序列成为一个难题。飞秒到皮秒这么短的时间尺度已经远远超过一般电子设备的频率响应极限，所以很难通过电学方法来实现这么短时间延迟的脉冲序列，本发明巧妙地提出了一种基于迈克尔逊干涉仪结构的光路，可以实现将一个超快激光脉冲分成由任意多个时间间隔为飞秒到皮秒量级的子脉冲构成的脉冲序列，并且子脉冲个数、各个子脉冲的延迟以及能量都可以精确调节和控制。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有超快激光器脉冲重复频率低,无法产生间隔为飞秒到皮秒量级的脉冲序列，难以满足科研和生产需要的问题，提供一种基于迈克尔逊干涉仪的光学脉冲序列调制方法及调制器，可以实现将一个超快激光脉冲调制成为多个时间间隔为飞秒到皮秒量级的子脉冲构成的脉冲序列，并且可以精确控制各子脉冲的能量和延迟，从而为相应超快激光领域的研究提供手段和工具。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

基于迈克尔逊干涉仪的脉冲序列调制方法，将一个超快激光脉冲逐级分光形成多个子脉冲，通过在每个分支光路的末端放置与光路垂直的反射镜使各个子脉冲再原路逐级返回，最后从第一个分光镜处输出由这些子脉冲构成的脉冲序列，每一个分支光路都对应着一个独立的子脉冲，因此级联的次数，或者说末端分支的数量决定了最终输出的脉冲序列中子脉冲的个数。通过平移反射镜来调节对应分支光路的光程，即可达到调节子脉冲延迟的目的，当平移台的分辨率为1um时，对应的时间延迟分辨率可达6.6fs。通过调节各个分支光路中的连续衰减片，可以调节和控制对应子脉冲的能量。

基于迈克尔逊干涉仪的脉冲序列调制器，包括：超快激光脉冲、分光镜、连续衰减片、反射镜、平移台；

连接关系为：

超快激光脉冲入射到与激光传播方向成45度放置的分光镜（第一级分光镜），被分成互相垂直的两个子脉冲，这两个子脉冲又分别经过一个分光镜（第二级分光镜）再次被分光，形成四个子脉冲，在四个子脉冲各自传播路径上，分别放置一个连续衰减片，最后再用一个与对应激光脉冲传播方向垂直的反射镜，使这四个子脉冲各自沿原路返回。末端反射镜分别安装在平移台上。

有益效果

本发明的基于迈克尔逊干涉仪的脉冲序列调制方法及调制器，采用垂直放置的单个反射镜代替常规的直角反射镜对来实现光程延迟，不仅简化了延迟结构本身，而且由于经过延迟后的脉冲沿原路返回，之前用来分光的分光镜同时又充当合束镜，大大简化了***整体的复杂度。

本发明的基于迈克尔逊干涉仪的脉冲序列调制方法及调制器，采用迈克尔逊干涉仪光路进行级联扩展的方法来控制子脉冲个数，原理简单，可扩展性强，各个子脉冲的能量和延迟控制相互独立，使用和调节非常方便。

附图说明

图1是本发明专利的一个四脉冲实施例的光学原理示意图。

其中1—超快激光脉冲，2—分光镜，3—连续衰减片，4—反射镜，5—平移台。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

基于迈克尔逊干涉仪的脉冲序列调制方法，实施步骤如下：

1)将一束超快激光以45度角入射到分光镜上，使之分成两束互相垂直的光，分别沿着迈克尔逊干涉仪的两条光臂传播，两条光臂对应着两个子脉冲。

2)根据需要的脉冲序列中子脉冲的个数，进一步将步骤1中产生的两个子脉冲按照步骤1同样的方法进行分光，分光形成的子脉冲又可以分别再次被分光，如此类推，每多进行一次分光，就增加一个光束分支，也就增加一个子脉冲，直到最后总的光束分支数等于需要的子脉冲个数。

3)在每个分支光束的传播路径上放置一个与对应光束传播方向垂直的反射镜，使对应的子脉冲遇到反射镜后沿原路返回。

4)每个反射镜与一个平移台相连，平移台可以沿着对应光束分支传播方向前后平移，从而可以带动反射镜前后平移改变对应子脉冲的光程。

5)在每个光束分支的独立传播路径上***一个连续衰减片，使得转动连续衰减片时，可以调节对应子脉冲的能量衰减系数，从而控制对应子脉冲的能量。

6)由于各个子脉冲沿原路返回时，会在每个分光镜的一侧产生一束额外的不沿原路返回的输出光，将这些输出光全部用挡光器挡住，最后只取第一级分光镜处的输出光，就是最后我们需要的脉冲序列。

7)每一个分支光路对应着一个子脉冲，调节该分支光路的平移台，可以调节对应子脉冲的延迟，调节该分支光路中的连续衰减片，就可以调节对应子脉冲的能量。

基于迈克尔逊干涉仪的脉冲序列调制器：

包括：1—超快激光脉冲，2—分光镜，3—连续衰减片，4—反射镜，5—平移台；如图1所示；

超快激光脉冲1入射到与激光传播方向成45度放置的分光镜2（第一级分光镜），被分成互相垂直的两个子脉冲，这两个子脉冲又分别经过一个分光镜2（第二级分光镜）再次被分光，形成四个子脉冲，在四个子脉冲各自传播路径上，分别放置一个连续衰减片3，最后再用一个与对应激光脉冲传播方向垂直的反射镜4，使这四个子脉冲各自沿原路返回，最后汇合至第一个分光镜2处，沿着与入射激光垂直的方向输出，这就是最终需要的脉冲序列，用挡光器挡住其他各个分光镜2处额外的输出光。

四个末端反射镜4分别安装在一个平移台5上，使得该反射镜4可以沿着对应子脉冲的传播方向前后平移，由于每一个反射镜4的前后位置独立地决定了对应子脉冲的光程，当前后移动这四个反射镜4时，就可以调节对应子脉冲的光程，从而调节对应子脉冲在脉冲序列中的延迟。在产生四脉冲序列的过程中，每一个子脉冲都会两次经过各自的连续衰减片3，其能量也会被衰减两次，调节连续衰减片3的角度，改变衰减系数，可以调节对应子脉冲的能量。

这里虽然以四脉冲为例进行介绍，但是本发明专利不限于4脉冲，使用本发明的方法可以随意控制分光次数来生成5脉冲、6脉冲、7脉冲、8脉冲等等，因此使用本发明的思想原则上可以生成任意个数子脉冲构成的脉冲序列。

本发明保护范围不仅局限于本实施例，本实施例用于解释本发明，凡与本发明在相同原理和构思条件下的变更或修改均在本发明公开的保护范围之内。

Claims (2)

1.基于迈克尔逊干涉仪的脉冲序列调制方法，其特征在于：将一个超快激光脉冲逐级分光形成多个子脉冲，通过在每个分支光路的末端放置与光路垂直的反射镜使各个子脉冲再原路逐级返回，最后从第一个分光镜处输出由这些子脉冲构成的脉冲序列，每一个分支光路都对应着一个独立的子脉冲，因此级联的次数，或者说末端分支的数量决定了最终输出的脉冲序列中子脉冲的个数；通过平移反射镜来调节对应分支光路的光程，即可达到调节子脉冲延迟的目的，通过调节各个分支光路中的连续衰减片，可以调节和控制对应子脉冲的能量；

实现上述方法的装置，包括：超快激光脉冲、分光镜、连续衰减片、反射镜、平移台；超快激光脉冲入射到与激光传播方向成45度放置的分光镜，被分成互相垂直的两个子脉冲，这两个子脉冲又分别经过一个分光镜再次被分光，形成四个子脉冲，在四个子脉冲各自传播路径上，分别放置一个连续衰减片，最后再用一个与对应激光脉冲传播方向垂直的反射镜，使这四个子脉冲各自沿原路返回；末端反射镜分别安装在平移台上；

当所述平移台的分辨率为1um时，对应的时间延迟分辨率可达6.6fs。

2.如权利要求1所述的基于迈克尔逊干涉仪的脉冲序列调制方法，其特征在于：所述分光镜的数量能够根据需求增减，进而可以随意控制分光次数来生成若干束脉冲。