CN208637786U

CN208637786U - 飞秒激光脉冲频谱整形装置

Info

Publication number: CN208637786U
Application number: CN201821468556.3U
Authority: CN
Inventors: 叶荣; 吴显云; 冯强; 李忧; 卢开东
Original assignee: Chengdu Normal University
Current assignee: Chengdu Normal University
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2019-03-22
Anticipated expiration: 2028-09-07

Abstract

本实用新型提供了一种飞秒激光脉冲频谱整形装置，涉及激光脉冲放大技术领域，该飞秒激光脉冲频谱整形装置包括分束元件、第一反射元件、第二反射元件和接收元件；所述第一反射元件和/或所述第二反射元件分别与所述分束元件之间的距离能够实时调节，进而调节分别经过所述第一反射元件、所述第二反射元件的光束之间的光程差；待整形的飞秒激光脉冲经所述分束元件能够分束，使得一部分被反射的光束经所述第一反射元件反射至所述接收元件，另一部分被透射的光束经所述第二反射元件反射至所述接收元件，以缓解现有技术中只能单一地通过改变介质折射率来改变光程差等技术问题。

Description

飞秒激光脉冲频谱整形装置

技术领域

本实用新型涉及激光脉冲放大技术领域，尤其涉及一种飞秒激光脉冲频谱整形装置。

背景技术

啁啾脉冲放大(Chirped Pulse Amplification,CPA)技术已经成为当今时间上超短激光脉冲***中脉冲能量放大的主要手段。其实现方法是：先将飞秒或皮秒脉冲引入一定的色散，将脉冲宽度在时域上展宽至皮秒甚至纳秒量级，形成啁啾激光脉冲，降低了峰值功率。然后使啁啾激光脉冲通过钕玻璃或钛宝石主放大***，进行能量的放大，这样就降低了元件损伤的风险。最后，等获得较高的能量以后，再补偿色散，将脉冲宽度压缩至飞秒量级。CPA技术为超短激光脉冲的发展带来了革命性的变化，世界上很多实验室在很小的台面上都获得了峰值功率为太瓦(TW，10¹²w)、拍瓦(PW，10¹⁵w)量级的激光输出。

尽管利用CPA技术已经较容易获得超高强度超短激光脉冲，但它仍然存在一些缺点，如在在放大过程中伴随着较强的放大自发辐射(ASE)，影响压缩后脉冲的对比度；其次，CPA放大***所用的增益介质长、能量提取有限所导致的热效应严重、易产生自聚焦以及放大过程中单通增益低等缺陷；此外，不可忽视的是，放大过程中的光谱增益窄化、增益饱和效应比较明显，影响再压缩后的脉冲达不到原来的宽度。因此，从整体超短激光脉冲***来看，在啁啾激光脉冲进入钕玻璃或钛宝石主放大***之前对激光脉冲的频谱进行整形变得很有必要。通过整形使脉冲的频谱宽度变大、或呈中间凹陷分布以补偿钕玻璃或钛宝石等增益介质放大过程中的增益窄化效应，将有利于支持压缩后更短的脉宽。然而在目前地技术与产品中，大多都是通过单一地改变介质的折射率来改变光程差，进而实现激光脉冲的频谱整形。

实用新型内容

本实用新型的第一目的在于提供一种飞秒激光脉冲频谱整形装置，以缓解现有技术中只是单一地通过改变介质折射率来改变光程差等技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供的一种飞秒激光脉冲频谱整形装置，包括分束元件、第一反射元件、第二反射元件和接收元件；

所述第一反射元件和/或所述第二反射元件分别与所述分束元件之间的距离能够实时调节，进而调节分别经过所述第一反射元件、所述第二反射元件的光束之间的光程差；

频谱待整形的飞秒激光脉冲展宽后经所述分束元件能够分束，使得一部分被反射的光束经所述第一反射元件反射至所述接收元件，另一部分被透射的光束经所述第二反射元件反射至所述接收元件。

进一步的，所述飞秒激光脉冲频谱整形装置还包括调节元件；

所述调节元件用于调节所述第一反射元件和/或所述第二反射元件距离所述分束元件之间的长度。

进一步的，所述调节元件包括控制电源和压电陶瓷；

所述压电陶瓷与所述第一反射元件和/或所述第二反射元件固接；

所述控制电源向所述压电陶瓷输入电信号，以改变所述压电陶瓷的伸长量。

进一步的，所述飞秒激光脉冲频谱整形装置还包括补偿元件；

经所述第二反射元件的光束能够反射至所述补偿元件，经所述补偿元件入射至所述接收元件。

进一步的，所述分束元件包括第一玻璃板，且所述第一玻璃板的至少一个光线接收面设置有镀层。

进一步的，所述第一反射元件和所述第二反射元件互相垂直设置。

进一步的，所述第一反射元件和所述第二反射元件均采用反射镜。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的一种飞秒激光脉冲频谱整形装置，包括分束元件、第一反射元件、第二反射元件和接收元件；分束元件用于将待整形的飞秒激光脉冲进行分束，第一反射元件和第二反射元件均能够用于反射飞秒激光脉冲，具有改变光线方向的作用；其中，第一反射元件和/或第二反射元件分别距离分束元件之间的距离大小能够根据实际需要进行调节，进而使得分别经过第一反射元件、第二反射元件的光束产生光程差。

在实际使用时，以第一反射元件相对于分束元件之间的距离不变，第二反射元件相对于分束元件之间的距离能够改变为例，待整形的飞秒激光脉冲先通过展宽器展宽后，再经过分束元件进行分束，一部分光束经过分束元件反射至第一反射元件，然后经过第一反射元件反射回分束元件，然后透射过分束元件到达接收元件，形成第一光束；另一部分经分束元件透射后的光束入射至第二反射元件，经第二反射元件的光束能够再次被反射至分束元件上，然后通过分束元件反射至接收元件，形成第二光束；同时，因为第二反射元件相对于分束元件之间的距离能够变化，进而使得第二光束与第一光束之间存在光程差；而且，第二反射元件相对于分束元件之间的距离实时变化的，故而第一光束与第二光束之间的光程差也能够实时改变；故而，到达接收元件的第一光束和第二光束能够发生干涉叠加，叠加后所获得的飞秒激光脉冲的强度会根据第一光束与第二光束之间的光程差的不同而进行改变，进而能够改变各个光谱成分的透射率，从而实现飞秒激光脉冲频谱的整形。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例一提供的飞秒激光脉冲频谱整形装置的示意图；

图2为实施例一提供的飞秒激光脉冲频谱多次整形的示意图；

图3为实施例一提供的飞秒激光脉冲整形后的频谱对比图。

图标：10-分束元件；20-第一反射元件；30-第二反射元件；40-压电陶瓷；50-控制电源；60-补偿元件；70-展宽器；80-接收元件；100-飞秒激光脉冲频谱整形装置；101-镀层。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

如图1-图2所示，本实施例提供的飞秒激光脉冲频谱整形装置，包括分束元件10、第一反射元件20、第二反射元件30和接收元件80；第一反射元件20和/或第二反射元件30分别与分束元件10之间的距离能够实时调节，进而调节分别经过第一反射元件20、第二反射元件30的光束之间的光程差；待整形的飞秒激光脉冲经分束元件10能够分束，使得一部分被反射的光束经第一反射元件20反射至接收元件80，另一部分被透射的光束经第二反射元件30反射至接收元件80。

具体的，该飞秒激光脉冲频谱整形装置包括分束元件10、第一反射元件20、第二反射元件30和接收元件80，分束元件10具有将光束进行分束的作用，第一反射元件20和第二反射元件30均具有反射光线的作用，接收元件80则用于接收光线。

其中，第一反射元件20和/或第二反射元件30分别距离分束元件10之间的距离大小能够根据实际需要进行调节，进而以改变分别经过第一反射元件20、第二反射元件30反射后光束的光程差。

在实际使用时，例如第一反射元件20相对于分束元件10之间的距离不变，第二反射元件30相对于分束元件10之间的距离能够改变；待整形的飞秒激光脉冲先经过展宽器70展宽为啁啾激光脉冲，并使得啁啾激光脉冲经过分束元件10进行分束，一部分光束经过分束元件10反射至第一反射元件20，然后经过第一反射元件20反射回分束元件10，然后透射过分束元件10到达接收元件80，形成第一光束；另一部分经分束元件10透射后的光束入射至第二反射元件30，经第二反射元件30的光束能够再次被反射至分束元件10上，然后通过分束元件10反射至接收元件80，形成第二光束；同时，因为第二反射元件30相对于分束元件10之间的距离能够变化，进而使得第二光束与第一光束之间存在光程差；而且，第二反射元件30相对于分束元件10之间的距离是实时变化的，故而第一光束与第二光束之间的光程差也能够实时改变；故而，到达接收元件80的第一光束和第二光束能够发生干涉叠加，叠加所获得的光束的强度会根据第一光束与第二光束之间的光程差的不同而进行改变，进而能够改变各个光谱成分的透射率，且叠加干涉后的啁啾激光脉冲经过接收元件80处理后转变为飞秒激光脉冲，从而实现飞秒激光脉冲频谱的整形。

如图2所示，需要整形的飞秒激光脉冲能够经过上述的飞秒激光脉冲频谱整形装置100进行多次整形，以获得所需要的频谱。

其中，第一反射元件20和第二反射元件30分别相对分束元件10之间的距离能够同时进行实时调节。

类似的，第二反射元件30相对于分束元件10的距离不变，而第一反射元件20相对于分束元件10的距离实时改变。

其中，接收元件80采用压缩器，压缩器用于将整形后的啁啾激光脉冲进行压缩，使得啁啾激光脉冲压缩为飞秒激光脉冲，以获得实际所需频谱分布的飞秒激光脉冲。

如图3所示，其中横坐标为波长，纵坐标为相对强度，标号A的图形代表需要进行频谱整形的飞秒激光脉冲的频谱分布图，标号B的图形代表完成频谱整形的频谱分布图。

在本实施例可选的方案中，如图1-图2所示，飞秒激光脉冲频谱整形装置还包括调节元件；调节元件用于调节第一反射元件20和/或第二反射元件30距离分束元件10之间的长度。

具体的，该飞秒激光脉冲频谱整形装置还包括调节元件，调节元件能够与第一反射元件20和/或第二反射元件30固接，进而以实现对第一反射元件20和/或第二反射元件30分别相对于分束元件10之间距离大小的调节。

在实际使用时，调节元件包括控制电源50和压电陶瓷40；压电陶瓷40与第一反射元件20和/或第二反射元件30固接；控制电源50向压电陶瓷40输入电信号，以改变压电陶瓷40的伸长量。

具体的，压电陶瓷40固设在第一反射元件20和/或第二反射元件30的背侧，即不接收光线的一侧；启动控制电源50，控制电源50向压电陶瓷40输出电信号，即施加在压电陶瓷40上的电压的大小能够实时改变，进而调整压电陶瓷40的伸长量，压电陶瓷40的伸长量能够带动第一反射元件20、第二反射元件30位置的变化，进而实现对第一反射元件20、第二反射元件30相对于分束元件10之间距离大小的调节。

在本实施例可选的方案中，如图1-图2所示，飞秒激光脉冲频谱整形装置还包括补偿元件60；经第二反射元件30的光束能够反射至补偿元件60，经补偿元件60入射至接收元件80。

具体的，该飞秒激光脉冲频谱整形装置还包括补偿元件60，该补偿元件60设置在第二反射元件30与分束元件10之间，进而增加了与第二反射元件30相关联的光束的光程，即第一次经过分束元件10透射后的光线经过补偿元件60透射至第二反射元件30，经过第二反射元件30反射后再次进入补偿元件60透射，然后才能入射至分束元件10以反射，进而增加了光束进入光学元件的次数，即进入光学元件的次数为三次，与经过第一反射元件20反射的光束经过光学元件的次数相同。

其中，补偿元件60采用第二玻璃板，且第二玻璃板与第一玻璃板平行设置，其自身的厚度也相同。

在本实施例可选的方案中，如图1-图2所示，分束元件10包括第一玻璃板，且第一玻璃板的至少一个光线接收面设置有镀层101。

具体的，分束元件10包括第一玻璃板，且在第一玻璃板上至少一个光线接收面设置镀层101，进而实现第一玻璃板的半透半反功能，实现对展宽后的飞秒激光脉冲的分束。

其中，在第一玻璃板背侧的光线接收面设置镀层101，且该镀层101能够朝向第二反射元件30。

一般的，镀层101采用银镀层，通过镀层101在第一玻璃板形成半透半反膜。

在本实施例可选的方案中，如图1-图2所示，第一反射元件20和第二反射元件30互相垂直设置。

其中，第一反射元件20和第二反射元件30均采用反射镜。

具体的，第一反射元件20水平设置，第二反射元件30竖直设置，进而使得分别经过第一反射元件20和第二反射元件30的光束均能够沿原路返回，即入射光束与反射光束夹角为0度。

其中，第一反射元件20为第一反射镜，第二反射元件30为第二反射镜。

综上可知，该飞秒激光频谱整形装置在实际使用时如下：

以第一反射镜固定，第二反射镜移动为例：

开启控制电源50，使得控制电源50加载在压电陶瓷40上的电压实时改变，进而通过控制压电陶瓷40的伸长量以控制第一反射镜与分束元件10之间距离的大小；通过激光发射器发射的飞秒激光脉冲经过展宽器70展宽形成啁啾激光脉冲，并使得啁啾激光脉冲到达分束元件10，经过分束元件10分束，一部分光束经过分束元件10反射至第一反射镜，然后经过第一反射镜反射回分束元件10，然后透射过分束元件10到达接收元件80，形成第一光束；另一部分经分束元件10透射后的光束入射至补偿元件60，经补偿元件60透射后入射至第二反射镜，经过第二反射镜反射后原路返回至补偿元件60，再次经第二玻璃板透射后入射至分束元件10，经过分束元件10反射至接收元件80，形成第二光束；同时，因为第二反射镜相对于分束元件10之间的距离能够变化，进而使得第二光束与第一光束之间存在光程差；而且，第二反射镜相对于分束元件10之间的距离时实时变化的，故而第一光束与第二光束之间的光程差也能够实时改变；故而，到达接收元件80的第一光束和第二光束能够发生干涉叠加，叠加后所获得的光束的强度会根据第一光束与第二光束之间的光程差的不同而进行改变，进而能够改变各个光谱成分的透射率，且经过整形后的光束经过压缩器压缩回飞秒激光脉冲，从而实现飞秒激光脉冲频谱的整形。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种飞秒激光脉冲频谱整形装置，其特征在于，包括分束元件、第一反射元件、第二反射元件和接收元件；

频谱待整形的飞秒激光脉冲经所述分束元件能够分束，使得一部分被反射的光束经所述第一反射元件反射至所述接收元件，另一部分被透射的光束经所述第二反射元件反射至所述接收元件。

2.根据权利要求1所述的飞秒激光脉冲频谱整形装置,其特征在于，所述飞秒激光脉冲频谱整形装置还包括调节元件；

3.根据权利要求2所述的飞秒激光脉冲频谱整形装置,其特征在于，所述调节元件包括控制电源和压电陶瓷；

4.根据权利要求1-3任一项所述的飞秒激光脉冲频谱整形装置,其特征在于，所述飞秒激光脉冲频谱整形装置还包括补偿元件；

5.根据权利要求4所述的飞秒激光脉冲频谱整形装置,其特征在于，所述分束元件包括第一玻璃板，且所述第一玻璃板的至少一个光线接收面设置有镀层。

6.根据权利要求5所述的飞秒激光脉冲频谱整形装置,其特征在于，所述第一反射元件和所述第二反射元件互相垂直设置。

7.根据权利要求5所述的飞秒激光脉冲频谱整形装置,其特征在于，所述第一反射元件和所述第二反射元件均采用反射镜。