專利名稱：多對光柵平行的調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛秒激光脈沖壓縮，特別是一種適用于飛秒激光光柵脈沖壓縮器的多對光柵平行的調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
近年來啁啾脈沖放大技術(shù)的發(fā)展為人類成功地提供了脈沖寬度在飛秒量級(10-15s)、峰值功率達(dá)太瓦(1012W)甚至拍瓦(1015W)量級的超強(qiáng)激光脈沖，其聚焦后的超高強(qiáng)度(1018W/cm2)在諸如電子加速等領(lǐng)域內(nèi)具非常廣泛的應(yīng)用。啁啾脈沖放大技術(shù)的基本思想是在放大前通過展寬器引入正色散，使脈沖的不同頻率成分以不同的速度傳輸，從而在時域?qū)w秒量級的超短脈沖展寬成數(shù)百皮秒(10-12s)甚至納秒(10-9s)量級的啁啾脈沖，經(jīng)逐級放大后再用壓縮器補(bǔ)償展寬和放大過程中的正色散，從而獲得超高功率，超短脈沖的輸出。
光柵對最適合提供負(fù)色散，所以在啁啾脈沖放大系統(tǒng)中一般使用光柵對進(jìn)行脈沖壓縮。平行光柵對壓縮器是由E.B.Treacy于1969年提出的[E.B.Treacy，IEEE J.Quantum Electron.QE-5，454(1969)]。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由兩個平行設(shè)置的光柵1、2及一個反射鏡3組成。種子脈沖入射至光柵1，經(jīng)其衍射后至光柵2，在與入射光平行方向出射，至反射鏡3后沿原路返回。在大功率啁啾脈沖放大系統(tǒng)中，由于能量高，光斑大，再加上制造大塊光柵成本過高，因此將使用兩對甚至多對光柵組成的壓縮器[M.Aoyama，OpticsLetters.28(17)，1594(2003)]。其結(jié)構(gòu)如圖2所示，由兩兩平行的光柵4、5、6、7組成。種子脈沖入射至光柵4，經(jīng)其衍射后至光柵5，在與入射光平行方向出射，入射至光柵6，經(jīng)其衍射至光柵7后輸出。
在先技術(shù)中，人們是借助一臺準(zhǔn)直光源10和一塊平板玻璃12來調(diào)節(jié)單對光柵平行，應(yīng)用這種方法很難在保證精度的條件下調(diào)節(jié)這種多對光柵壓縮器。以調(diào)節(jié)四光柵壓縮器為例，具體說明如下第一步，如圖3，種子脈沖經(jīng)由小孔8、小孔9射入壓縮器，安裝并調(diào)節(jié)光柵4，使得種子脈沖經(jīng)光柵4反射返回小孔9；第二步，如圖4，旋轉(zhuǎn)光柵4，使得種子脈沖按事先設(shè)計的入射角度入射至光柵4；第三步，如圖5，安裝并調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源10，使得準(zhǔn)直光源10發(fā)出的光經(jīng)光柵4反射之后返回第一基準(zhǔn)小孔11，即調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源10發(fā)出的光與光柵4垂直；第四步，如圖6，在準(zhǔn)直光源10和光柵4之間插入平板玻璃12，調(diào)節(jié)平板玻璃12使準(zhǔn)直光源10發(fā)出的光經(jīng)平板玻璃12反射之后返回第一基準(zhǔn)小孔11，即調(diào)節(jié)平板玻璃12與準(zhǔn)直光源10發(fā)出的光垂直；第五步，如圖7，將準(zhǔn)直光源10和第一基準(zhǔn)小孔11移到平板玻璃12和光柵4之間，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源10，使準(zhǔn)直光源10發(fā)出的光經(jīng)平板玻璃12反射之后返回第一基準(zhǔn)小孔11，即調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源10發(fā)出的光與平板玻璃12垂直；第六步，如圖8，平移平板玻璃12，使平板玻璃12的位置與原位置相比更靠近光柵5，調(diào)節(jié)平板玻璃12，使準(zhǔn)直光源10發(fā)出的光經(jīng)平板玻璃12反射之后返回第一基準(zhǔn)小孔11，即調(diào)節(jié)平板玻璃12與準(zhǔn)直光源10發(fā)出的光垂直；第七步，如圖9，平移準(zhǔn)直光源10和第一基準(zhǔn)小孔11，使準(zhǔn)直光源10的位置與原位置相比更靠近光柵5，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源10，使得準(zhǔn)直光源10發(fā)出的光經(jīng)平板玻璃12反射之后返回第一基準(zhǔn)小孔11，即調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源10發(fā)出的光與平板玻璃12垂直；第八步，如圖10，卸下平板玻璃12，安裝上光柵5，調(diào)節(jié)光柵5使得準(zhǔn)直光源(10)發(fā)出的光經(jīng)光柵5反射之后返回第一基準(zhǔn)小孔11，即調(diào)節(jié)光柵5與準(zhǔn)直光源10發(fā)出的光垂直。至此，我們認(rèn)為光柵4與光柵5平行；第九步，如圖11，安裝光柵6，在光柵5和光柵6之間放置小孔13，調(diào)節(jié)光柵6使得種子脈沖發(fā)出的光經(jīng)光柵6反射后返回小孔13，根據(jù)壓縮器光柵的入射角旋轉(zhuǎn)光柵6至相應(yīng)角度。第十步，如圖12，重復(fù)步驟三～步驟八，以光柵6為基準(zhǔn)調(diào)節(jié)光柵7與光柵6平行，至此，我們認(rèn)為已經(jīng)調(diào)整好了四光柵壓縮器。值得說明的是，本方法對平板玻璃12兩個表面的平行度有嚴(yán)格要求，需要兩個表面嚴(yán)格平行。
這個方法的缺點是第一，它只適用于光柵對間沒有在空間上錯開或者錯開距離較小的情況。當(dāng)兩個光柵錯開距離較大的時候，必須重復(fù)步驟六和步驟七多次。這樣由于誤差積累，將使得光柵對的平行度受到很大影響，嚴(yán)重影響壓縮脈沖的寬度并引入空間啁啾；第二，應(yīng)用該方法調(diào)節(jié)四光柵壓縮器，四個光柵的調(diào)節(jié)不是獨立進(jìn)行，而是每一個光柵的調(diào)節(jié)都以前一個光柵作為基準(zhǔn)，由于誤差積累，將使得壓縮器的整體精度進(jìn)一步降低，當(dāng)光柵對個數(shù)加大時，調(diào)整誤差將進(jìn)一步增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服在先技術(shù)的局限性，提供一種適用于飛秒激光光柵脈沖壓縮器的多對光柵平行的調(diào)節(jié)方法，該方法操作簡單，精度高，不受光柵對錯開距離限制。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種適用于飛秒激光光柵脈沖壓縮器的多對光柵平行的調(diào)節(jié)方法，該方法包括如下步驟①準(zhǔn)備工具準(zhǔn)直光源，第一基準(zhǔn)小孔、第二基準(zhǔn)小孔，直角棱鏡以及安裝該直角棱鏡的二維調(diào)整平臺，第一基準(zhǔn)小孔放置在所述的準(zhǔn)直光源的前方，或者直接固定在所述的準(zhǔn)直光源的出口處，第二基準(zhǔn)小孔的高度要求與準(zhǔn)直光源的出射光的高度嚴(yán)格一致；②調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源的出射光方向與飛秒激光光柵脈沖壓縮器的入射種子脈沖光方向平行；③以準(zhǔn)直光源的出射光為基準(zhǔn)，根據(jù)理論計算將多對待調(diào)整平行的光柵對的光柵面基本平行于所述的準(zhǔn)直光源的出射光束擺放，并依準(zhǔn)直光源的出射光由近至遠(yuǎn)命名為第一光柵、第二光柵、第三光柵、第四光柵……；④在準(zhǔn)直光源出射光的光路上插入所述的直角棱鏡，使直角棱鏡的出射光射中第一光柵，調(diào)節(jié)該直角棱鏡使準(zhǔn)直光源發(fā)出的光經(jīng)直角棱鏡的直角面反射之后返回第一基準(zhǔn)小孔，同時還需要保證直角棱鏡的出射光高度與第二基準(zhǔn)小孔的高度一致，之后調(diào)整第一光柵，使準(zhǔn)直光源發(fā)出的光經(jīng)第一光柵反射之后，經(jīng)第二基準(zhǔn)小孔、直角棱鏡返回第一基準(zhǔn)小孔，這時第一光柵的光柵面嚴(yán)格平行于所述的準(zhǔn)直光源的出射光；
⑤沿準(zhǔn)直光源出射光方向移動所述的直角棱鏡，使得直角棱鏡的出射光射中第二光柵，調(diào)節(jié)直角棱鏡使準(zhǔn)直光源發(fā)出的光經(jīng)直角棱鏡的直角面反射之后返回第一基準(zhǔn)小孔，同時還需要保證直角棱鏡的出射光高度與第二基準(zhǔn)小孔的高度一致，之后調(diào)整第二光柵，使準(zhǔn)直光源發(fā)出的光經(jīng)第二光柵反射之后經(jīng)第二基準(zhǔn)小孔、直角棱鏡返回第一基準(zhǔn)小孔，這時第二光柵的光柵面嚴(yán)格平行于所述的準(zhǔn)直光源的出射光；⑥重復(fù)第⑤步的方法，依次用所述的直角棱鏡分別調(diào)整其余各個光柵的光柵面與所述的準(zhǔn)直光源的出射光嚴(yán)格平行；⑦根據(jù)飛秒激光光柵脈沖壓縮器各光柵的入射角，將各個光柵旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。
在本發(fā)明中第一基準(zhǔn)小孔的功能是便于觀察準(zhǔn)直光源發(fā)出的光是否沿原光路返回，第二基準(zhǔn)小孔的功能是確保直角棱鏡的出射光高度與準(zhǔn)直光源的出射光高度一致，直角棱鏡的功能是將準(zhǔn)直光源的出射光旋轉(zhuǎn)90°，使得無需移動準(zhǔn)直光源即可分別校對多個光柵，避免了誤差積累。并且由于直角棱鏡可以沿著準(zhǔn)直光源的出射光的方向無限遠(yuǎn)移動，本方法的優(yōu)點是被調(diào)節(jié)的光柵對不受光柵對錯開距離大小的限制，并且可以同時調(diào)整多對光柵平行。
至此，我們調(diào)整好了兩兩平行的多對光柵壓縮器。需要說明的是，本方法的調(diào)節(jié)精度只與安裝光柵的旋轉(zhuǎn)平臺的調(diào)整精度有關(guān)。通常我們安裝光柵的旋轉(zhuǎn)平臺的調(diào)整精度是1′，我們認(rèn)為由旋轉(zhuǎn)平臺帶來的誤差對整個壓縮器性能的影響是在誤差允許范圍之內(nèi)的。
與先技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著特點1、本發(fā)明操作簡單，精度高。
2、本發(fā)明通過使用直角棱鏡，可以確保在調(diào)節(jié)任意多對光柵平行和任意光柵對錯開距離的情況下具有同樣的調(diào)節(jié)精度。
3本發(fā)明所使用的器件都是實驗室的常用器件，容易獲得，無需特意制備。


圖1單光柵對壓縮器結(jié)構(gòu)簡2四光柵壓縮器結(jié)構(gòu)簡3～圖12應(yīng)用經(jīng)典方法調(diào)節(jié)四光柵壓縮器的步驟示意13～圖21為本發(fā)明多對光柵的調(diào)節(jié)方法的實施例——四光柵壓縮器調(diào)節(jié)步驟示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖13～圖21，我們以調(diào)節(jié)四光柵壓縮系統(tǒng)為例，說明本方法的具體實施過程，包括如下步驟①準(zhǔn)備工具準(zhǔn)直光源10，第一基準(zhǔn)小孔11、第二基準(zhǔn)小孔15，直角棱鏡14以及安裝該直角棱鏡的二維調(diào)整平臺，將第一基準(zhǔn)小孔11放置在所述的準(zhǔn)直光源10的前方，或者直接固定在所述的準(zhǔn)直光源10的出口處，如圖14所示，第二基準(zhǔn)小孔15的高度要求與準(zhǔn)直光源10的出射光的高度嚴(yán)格一致；②調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源10的出射光方向與待調(diào)整的飛秒激光光柵脈沖壓縮器的入射種子脈沖光方向平行，如圖13、14所示；③以準(zhǔn)直光源10的出射光為基準(zhǔn)，根據(jù)理論計算將多對待調(diào)整平行的光柵對的光柵面基本平行于所述的準(zhǔn)直光源10的出射光束擺放，并依準(zhǔn)直光源10的出射光由近至遠(yuǎn)命名為第一光柵5、第二光柵4、第三光柵7、第四光柵6，如圖15所示；④如圖16所示，在準(zhǔn)直光源10出射光的光路上插入所述的直角棱鏡14，使直角棱鏡14的出射光射中第一光柵5，調(diào)節(jié)該直角棱鏡14使準(zhǔn)直光源10發(fā)出的光經(jīng)直角棱鏡14的直角面反射之后返回第一基準(zhǔn)小孔11，同時還需要保證直角棱鏡14的出射光高度與第二基準(zhǔn)小孔15的高度一致，之后調(diào)整第一光柵5，使準(zhǔn)直光源10發(fā)出的光經(jīng)第一光柵5反射之后，經(jīng)第二基準(zhǔn)小孔15、直角棱鏡14返回第一基準(zhǔn)小孔11，這時第一光柵5的光柵面嚴(yán)格平行于所述的準(zhǔn)直光源10的出射光；⑤如圖17所示，沿準(zhǔn)直光源10出射光方向移動所述的直角棱鏡14，使得直角棱鏡14的出射光射中第二光柵4，調(diào)節(jié)直角棱鏡14使準(zhǔn)直光源10發(fā)出的光經(jīng)直角棱鏡14的直角面反射之后返回第一基準(zhǔn)小孔11，同時還需要保證直角棱鏡14的出射光高度與第二基準(zhǔn)小孔15的高度一致，之后調(diào)整第二光柵4，使準(zhǔn)直光源10發(fā)出的光經(jīng)第二光柵4反射之后，經(jīng)第二基準(zhǔn)小孔15、直角棱鏡14返回第一基準(zhǔn)小孔11，這時第二光柵4的光柵面嚴(yán)格平行于所述的準(zhǔn)直光源10的出射光；⑥重復(fù)第⑤步的方法，依次用所述的直角棱鏡14分別調(diào)整其余第三光柵、第四光柵的光柵面與所述的準(zhǔn)直光源10的出射光嚴(yán)格平行，如圖18、圖19所示，；⑦根據(jù)飛秒激光光柵脈沖壓縮器各光柵的入射角，將各個光柵旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，如圖20所示調(diào)整為圖2所示，即完成飛秒激光光柵脈沖壓縮器的四光柵壓縮系統(tǒng)的2對光柵平行的調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種適用于飛秒激光光柵脈沖壓縮器的多對光柵平行的調(diào)節(jié)方法，其特征在于該方法的步驟如下①準(zhǔn)備工具準(zhǔn)直光源(10)，第一基準(zhǔn)小孔(11)、第二基準(zhǔn)小孔(15)，直角棱鏡(14)以及安裝該直角棱鏡的二維調(diào)整平臺，第一基準(zhǔn)小孔(11)放置在所述的準(zhǔn)直光源(10)的前方，或者直接固定在所述的準(zhǔn)直光源(10)的出口處，第二基準(zhǔn)小孔(15)的高度要求與準(zhǔn)直光源(10)的出射光的高度嚴(yán)格一致；②調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源(10)的出射光方向與入射種子脈沖光方向平行；③以準(zhǔn)直光源(10)的出射光為基準(zhǔn)，根據(jù)理論計算將多對待調(diào)整平行的光柵對的光柵面基本平行于所述的準(zhǔn)直光源(10)的出射光束擺放，并依準(zhǔn)直光源(10)的出射光由近至遠(yuǎn)命名為第一光柵、第二光柵、第三光柵、第四光柵……；④在準(zhǔn)直光源(10)出射光的光路上插入所述的直角棱鏡(14)，使直角棱鏡(14)的出射光射中第一光柵(5)，調(diào)節(jié)該直角棱鏡(14)使準(zhǔn)直光源(10)發(fā)出的光經(jīng)直角棱鏡(14)的直角面反射之后返回第一基準(zhǔn)小孔(11)，同時還需要保證直角棱鏡(14)的出射光高度與第二基準(zhǔn)小孔(15)的高度一致，之后調(diào)整第一光柵(5)，使準(zhǔn)直光源(10)發(fā)出的光經(jīng)第一光柵(5)反射之后，經(jīng)第二基準(zhǔn)小孔(15)、直角棱鏡(14)返回第一基準(zhǔn)小孔(11)，這時第一光柵(5)的光柵面嚴(yán)格平行于所述的準(zhǔn)直光源(10)的出射光；⑤沿準(zhǔn)直光源(10)出射光方向移動所述的直角棱鏡(14)，使得直角棱鏡(14)的出射光射中第二光柵(4)，調(diào)節(jié)直角棱鏡(14)使準(zhǔn)直光源(10)發(fā)出的光經(jīng)直角棱鏡(14)的直角面反射之后返回第一基準(zhǔn)小孔(11)，同時還需要保證直角棱鏡(14)的出射光高度與第二基準(zhǔn)小孔(15)的高度一致，之后調(diào)整第二光柵(4)，使準(zhǔn)直光源(10)發(fā)出的光經(jīng)第二光柵(4)反射之后經(jīng)第二基準(zhǔn)小孔(15)、直角棱鏡(14)返回第一基準(zhǔn)小孔(11)，這時第二光柵(4)的光柵面嚴(yán)格平行于所述的準(zhǔn)直光源(10)的出射光；⑥重復(fù)第⑤步的方法，依次用所述的直角棱鏡(14)分別調(diào)整其余各個光柵的光柵面與所述的準(zhǔn)直光源(10)的出射光嚴(yán)格平行；⑦根據(jù)飛秒激光光柵脈沖壓縮器各光柵的入射角，將各個光柵旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。
全文摘要
一種適用于飛秒激光光柵脈沖壓縮器的多對光柵平行的調(diào)節(jié)方法，包括如下步驟準(zhǔn)備工具；調(diào)節(jié)準(zhǔn)直光源的出射光方向與入射種子脈沖光方向平行；根據(jù)理論計算位置將光柵對的光柵面基本平行于所述的準(zhǔn)直光源的出射光束擺放；在準(zhǔn)直光源出射光的光路上插入所述的直角棱鏡，依次調(diào)整各光柵嚴(yán)格平行于所述的準(zhǔn)直光源的出射光；根據(jù)飛秒激光光柵脈沖壓縮器各光柵的入射角，將各個光柵旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度。本發(fā)明方法具有操作簡單，精度高，不受光柵對數(shù)及其錯開距離的限制。
文檔編號G02F1/35GK1920654SQ20061002950
公開日2007年2月28日 申請日期2006年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月28日
發(fā)明者李闖, 陸效明, 王乘, 梁曉燕, 冷雨欣, 李儒新 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所