專利名稱：基于雙池受激布里淵散射系統(tǒng)的激光脈沖整形裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光脈沖時間整形技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種采用獨立雙池受激布里淵散射系統(tǒng)進行激光脈沖整形的裝置及其方法。
背景技術(shù)：
激光脈沖的時間整形在慣性約束聚變和激光加工上有著重要的應(yīng)用價值。美國勞侖斯利弗莫爾國家實驗室、羅徹斯特大學(xué)激光力能實驗室，日本大板大學(xué)激光工程研究所及中國上海光機所和高功率激光物理國家實驗室等在激光脈沖時間整形方面進行了大量研究。目前的整形方案主要集中在普克爾盒削波、集成光學(xué)波導(dǎo)調(diào)制器、光纖堆砌器、時空變換系統(tǒng)等方面。這些方法存在著成本高、采用精密電子器件多、承受功率密度低的弊端。公開號為CN1740889的中國專利“利用兩次受激布里淵散射光限幅獲得平頂光束的方法”雖然利用了兩次受激布里淵散射來進行光限幅獲得平頂光束，但是它無法利用同一裝置獲得多種光脈沖波形，而且當入射光能量改變時其裝置不便于調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的脈沖整形方法及其裝置成本高、采用精密電子器件多、承受功率密度低及靈活性差的問題，本發(fā)明提供了一種基于雙池受激布里淵散射系統(tǒng)的激光脈沖整形裝置和方法。
本發(fā)明的整形裝置由脈沖激光器、1/2波片、第一偏振片、第二偏振片、第一全反鏡、第一1/4波片、第一凸透鏡、第一介質(zhì)池、第二全反鏡、可調(diào)衰減片、第三偏振片、第二1/4波片、第三1/4波片、縮束系統(tǒng)、第三全反鏡、第四全反鏡和第二介質(zhì)池組成，脈沖激光器輸出的偏振光依次經(jīng)過1/2波片和第一偏振片后分為兩束光，一束光依次經(jīng)過第三1/4波片、縮束系統(tǒng)、第三全反鏡、第四全反鏡后入射到第二介質(zhì)池的一端，另一束光依次經(jīng)過第二偏振片、第一全反鏡、第一1/4波片、第一凸透鏡后入射到第一介質(zhì)池中產(chǎn)生Stokes種子光，所述Stokes種子光沿原路返回到第二偏振片的光輸入端，所述Stokes種子光經(jīng)第二偏振片透射后依次經(jīng)過第二全反鏡、可調(diào)衰減片、第三偏振片、第二1/4波片后入射到第二介質(zhì)池的另一端。
本發(fā)明的整形方法按以下步驟進行
一、脈沖激光器輸出的偏振光由1/2波片和第一偏振片分束，轉(zhuǎn)動1/2波片的角度調(diào)整分束比；二、經(jīng)過上述第一步后從第一偏振片的光輸出端獲得的一束透射偏振光依次經(jīng)過第三1/4波片、縮束系統(tǒng)后入射到第三全反鏡的光輸入端，此偏振光由第三全反鏡和第四全反鏡改變光路后入射到第二介質(zhì)池的一端；三、經(jīng)過上述第一步后從第一偏振片的光輸入端獲得的另一束反射偏振光輸入到第二偏振片的光輸入端，此偏振光經(jīng)第二偏振片反射后入射到第一全反鏡的光輸入端，此偏振光由第一全反鏡改變光路后垂直入射到第一1/4波片的光輸入端，從第一1/4波片的光輸出端獲得的光束經(jīng)第一凸透鏡聚焦后入射到第一介質(zhì)池中并產(chǎn)生Stokes種子光；四、上述第三步產(chǎn)生的Stokes種子光依次經(jīng)過第一凸透鏡、第一1/4波片、第一全反鏡后輸入到第二偏振片的光輸入端，此Stokes種子光透過第二偏振片后入射到第二全反鏡的光輸入端，經(jīng)第二全反鏡改變光路后此Stokes種子光再經(jīng)過可調(diào)衰減片入射到第三偏振片的光輸入端，在第三偏振片的光輸出端獲得的透射光通過第二1/4波片入射到第二介質(zhì)池的另一端，調(diào)整所述可調(diào)衰減片的透過率來改變所述Stokes種子光的能量，從第二介質(zhì)池的兩端分別入射的兩束光的光軸相互重合；五、入射到第二介質(zhì)池兩端的光束在第二介質(zhì)池中相互作用，由第四全反鏡反射的一路光從介質(zhì)池的一端透射到介質(zhì)池的另一端，在此過程中這路光經(jīng)過與從第二介質(zhì)池的另一端入射的Stokes種子光相互作用后從第二介質(zhì)池的另一端輸出，上述從第二介質(zhì)池的另一端輸出的光經(jīng)第二1/4波片改變偏振態(tài)后由第三偏振片反射出，所述由第三偏振片反射出的光即為具有所需脈沖波形的光。上述所有偏振片按布魯斯特角放置。
本發(fā)明的裝置具有以下優(yōu)點(1)結(jié)構(gòu)較簡單；(2)全部采用光學(xué)元件；(3)它可以應(yīng)用在高功率、大能量的工作條件下。本發(fā)明的方法使用和調(diào)整簡單，且采用本發(fā)明的方法可以獲得平頂、脈沖前沿高或脈沖后沿高等不同的脈沖波形。


圖1是本發(fā)明脈沖整形裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是示波器紀錄的輸入脈沖波形；圖3是利用本發(fā)明得到的平頂脈沖波形；圖4是利用本發(fā)明得到的脈沖后沿高的波形；圖5是利用本發(fā)明得到的脈沖前沿高的波形。
具體實施例方式
具體實施方式
一參見圖1所示，本具體實施方式
的整形裝置由脈沖激光器1、1/2波片2、第一偏振片3、第二偏振片4、第一全反鏡5、第一1/4波片6、第一凸透鏡7、第一介質(zhì)池8、第二全反鏡9、可調(diào)衰減片10、第三偏振片11、第二1/4波片12、第三1/4波片13、縮束系統(tǒng)14、第三全反鏡15、第四全反鏡16和第二介質(zhì)池17組成，脈沖激光器1輸出的偏振光依次經(jīng)過1/2波片2和第一偏振片3后分為兩束光，一束光依次經(jīng)過第三1/4波片13、縮束系統(tǒng)14、第三全反鏡15、第四全反鏡16后入射到第二介質(zhì)池17的一端17-1，另一束光依次經(jīng)過第二偏振片4、第一全反鏡5、第一1/4波片6、第一凸透鏡7后入射到第一介質(zhì)池8中產(chǎn)生Stokes種子光，所述Stokes種子光沿原路返回到第二偏振片4的光輸入端，所述Stokes種子光經(jīng)第二偏振片4透射后依次經(jīng)過第二全反鏡9、可調(diào)衰減片10、第三偏振片11、第二1/4波片12后入射到第二介質(zhì)池17的另一端17-2。
本具體實施方式
的整形方法按以下步驟進行一、脈沖激光器1輸出的偏振光由1/2波片2和第一偏振片3分束，轉(zhuǎn)動1/2波片2的角度調(diào)整分束比；二、經(jīng)過上述第一步后從第一偏振片3的光輸出端獲得的一束透射偏振光依次經(jīng)過第三1/4波片13、縮束系統(tǒng)14后入射到第三全反鏡15的光輸入端，此偏振光由第三全反鏡15和第四全反鏡16改變光路后入射到第二介質(zhì)池17的一端17-1；三、經(jīng)過上述第一步后從第一偏振片3的光輸入端獲得的另一束反射偏振光輸入到第二偏振片4的光輸入端，此偏振光經(jīng)第二偏振片4反射后入射到第一全反鏡5的光輸入端，此偏振光由第一全反鏡5改變光路后垂直入射到第一1/4波片6的光輸入端，從第一1/4波片6的光輸出端獲得的光束經(jīng)第一凸透鏡7聚焦后入射到第一介質(zhì)池8中并產(chǎn)生Stokes種子光；四、上述第三步產(chǎn)生的Stokes種子光依次經(jīng)過第一凸透鏡7、第一1/4波片6、第一全反鏡5后輸入到第二偏振片4的光輸入端，此Stokes種子光透過第二偏振片4后入射到第二全反鏡9的光輸入端，經(jīng)第二全反鏡9改變光路后此Stokes種子光再經(jīng)過可調(diào)衰減片10入射到第三偏振片11的光輸入端，在第三偏振片11的光輸出端獲得的透射光通過第二1/4波片12入射到第二介質(zhì)池17的另一端17-2，調(diào)整所述可調(diào)衰減片10的透過率來改變所述Stokes種子光的能量，通過調(diào)節(jié)第三全反鏡15和第四全反鏡16的角度來使從第二介質(zhì)池17的兩端分別入射的兩束光的光軸相互重合；五、入射到第二介質(zhì)池17兩端的光束在第二介質(zhì)池17中相互作用，由第四全反鏡16反射的一路光從介質(zhì)池17的一端17-1透射到介質(zhì)池17的另一端17-2，在此過程中這路光經(jīng)過與從第二介質(zhì)池17的另一端17-2入射的Stokes種子光相互作用后從第二介質(zhì)池17的另一端17-2輸出，上述從第二介質(zhì)池17的另一端17-2輸出的光經(jīng)第二1/4波片12改變偏振態(tài)后由第三偏振片11反射出，所述由第三偏振片11反射出的光即為具有所需脈沖波形的光。上述所有偏振片按布魯斯特角放置。
在本具體實施方式
中，由1/2波片2和第一偏振片3所分成的兩束光分別到達第二介質(zhì)池17的光程差為0～120cm，且到達第二介質(zhì)池17的另一端17-2的光比到達第二介質(zhì)池17的一端17-1的光的光程小，用以保證兩路光在第二介質(zhì)池17中能夠有一定程度的相互作用，步驟一中轉(zhuǎn)動1/2波片2的角度使經(jīng)過第一偏振片3透射和反射的兩路光分束比為1∶1～5∶1，由于1/2波片2和第一偏振片3所分成的兩束光的光程差不同時，需要調(diào)整的分束比也不相同，例如當上述光程差大約為0cm時，分束比可以為1∶1～2∶1，當上述光程差大約為120cm時，分束比可以為4∶1～5∶1；所述縮束系統(tǒng)14由第二凸透鏡14-1和凹透鏡14-2組成，縮束比為2∶1～3∶1，其作用是使入射光斑大小與另一路Stokes光斑大小近似相等，從第三1/4波片13輸出的偏振光輸入到第二凸透鏡14-1的光輸入端，從第二凸透鏡14-1的光輸出端輸出端光通過凹透鏡14-2縮束后入射到第三全反鏡15的光輸入端；所述脈沖激光器1輸出的為單縱模偏振光，其可以是線偏振光、橢圓偏振光或圓偏振光，其脈沖時間波形為高斯型或者近高斯型，其脈寬為5～10ns，能量大于5mJ；所述第一凸透鏡7的焦距為10～15cm；所述第一介質(zhì)池8的長度為20～40cm，所述第二介質(zhì)池17的長度為60～80cm，第一介質(zhì)池8和第二介質(zhì)池17使用相同的布里淵介質(zhì)，即使用CCl4、FC72、FC75等布里淵介質(zhì)；所述可調(diào)衰減片10用來調(diào)整Stokes種子光的能量，其透過率的可調(diào)范圍為0.1～0.95；所述第三偏振片11用來提取出射光。
具體實施方式
二參見圖1、圖2和圖3，本具體實施方式
采用具體實施方式
一中所述的整形裝置及整形方法時，輸入如圖2所示的脈沖波形，調(diào)節(jié)由1/2波片2和第一偏振片3所分成的兩束光分別到達第二介質(zhì)池17的光程差為0cm，步驟一中轉(zhuǎn)動1/2波片2的角度使經(jīng)過第一偏振片3透射和反射的兩路光的分束比為1∶1～2∶1，調(diào)整衰減片10的透過率為0.50～0.70，即可獲得如圖3所示的平頂波形。
具體實施方式
三參見圖1、圖2和圖3，本具體實施方式
采用具體實施方式
一中所述的整形裝置及整形方法時，輸入如圖2所示的脈沖波形，調(diào)節(jié)由1/2波片2和第一偏振片3所分成的兩束光分別到達第二介質(zhì)池17的光程差為120cm，步驟一中轉(zhuǎn)動1/2波片2的角度使經(jīng)過第一偏振片3透射和反射的兩路光的分束比為4∶1～5∶1，調(diào)整衰減片10的透過率為0.50～0.70，也可獲得如圖3所示的平頂波形。
具體實施方式
四參見圖1、圖2和圖4，本具體實施方式
采用具體實施方式
一中所述的整形裝置及整形方法時，輸入如圖2所示的脈沖波形，調(diào)節(jié)由1/2波片2和第一偏振片3所分成的兩束光分別到達第二介質(zhì)池17的光程差為0cm，步驟一中轉(zhuǎn)動1/2波片2的角度使經(jīng)過第一偏振片3透射和反射的兩路光的分束比為1∶1～2∶1，調(diào)整衰減片10的透過率為0.70～0.95，即可獲得如圖4所示的脈沖后沿高的波形。
具體實施方式
五參見圖1、圖2和圖4，本具體實施方式
采用具體實施方式
一中所述的整形裝置及整形方法時，輸入如圖2所示的脈沖波形，調(diào)節(jié)由1/2波片2和第一偏振片3所分成的兩束光分別到達第二介質(zhì)池17的光程差為120cm，步驟一中轉(zhuǎn)動1/2波片2的角度使經(jīng)過第一偏振片3透射和反射的兩路光的分束比為4∶1～5∶1，調(diào)整衰減片10的透過率為0.70～0.95，也可獲得如圖4所示的脈沖后沿高的波形。
具體實施方式
六參見圖1、圖2和圖5，本具體實施方式
采用具體實施方式
一中所述的整形裝置及整形方法時，輸入如圖2所示的脈沖波形，調(diào)節(jié)由1/2波片2和第一偏振片3所分成的兩束光分別到達第二介質(zhì)池17的光程差為0cm，步驟一中轉(zhuǎn)動1/2波片2的角度使經(jīng)過第一偏振片3透射和反射的兩路光的分束比為1∶1～2∶1，調(diào)整衰減片10的透過率為0.1～0.5，即可獲得如圖5所示的脈沖前沿高的波形。
具體實施方式
七參見圖1、圖2和圖5，本具體實施方式
采用具體實施方式
一中所述的整形裝置及整形方法時，輸入如圖2所示的脈沖波形，調(diào)節(jié)由1/2波片2和第一偏振片3所分成的兩束光分別到達第二介質(zhì)池17的光程差為120cm，步驟一中轉(zhuǎn)動1/2波片2的角度使經(jīng)過第一偏振片3透射和反射的兩路光的分束比為4∶1～5∶1，調(diào)整衰減片10的透過率為0.1～0.5，也可獲得如圖5所示的脈沖前沿高的波形。
權(quán)利要求
1.基于雙池受激布里淵散射系統(tǒng)的激光脈沖整形裝置，其特征在于所述整形裝置由脈沖激光器(1)、1/2波片(2)、第一偏振片(3)、第二偏振片(4)、第一全反鏡(5)、第一1/4波片(6)、第一凸透鏡(7)、第一介質(zhì)池(8)、第二全反鏡(9)、可調(diào)衰減片(10)、第三偏振片(11)、第二1/4波片(12)、第三1/4波片(13)、縮束系統(tǒng)(14)、第三全反鏡(15)、第四全反鏡(16)和第二介質(zhì)池(17)組成，脈沖激光器(1)輸出的偏振光依次經(jīng)過1/2波片(2)和第一偏振片(3)后分為兩束光，一束光依次經(jīng)過第三1/4波片(13)、縮束系統(tǒng)(14)、第三全反鏡(15)、第四全反鏡(16)后入射到第二介質(zhì)池(17)的一端(17-1)，另一束光依次經(jīng)過第二偏振片(4)、第一全反鏡(5)、第一1/4波片(6)、第一凸透鏡(7)后入射到第一介質(zhì)池(8)中產(chǎn)生Stokes種子光，所述Stokes種子光沿原路返回到第二偏振片(4)的光輸入端，所述Stokes種子光經(jīng)第二偏振片(4)透射后依次經(jīng)過第二全反鏡(9)、可調(diào)衰減片(10)、第三偏振片(11)、第二1/4波片(12)后入射到第二介質(zhì)池(17)的另一端(17-2)。
2.基于雙池受激布里淵散射系統(tǒng)的激光脈沖整形方法，其特征在于所述整形方法按以下步驟進行一、脈沖激光器(1)輸出的偏振光由1/2波片(2)和第一偏振片(3)分束，轉(zhuǎn)動1/2波片(2)的角度調(diào)整分束比；二、經(jīng)過上述第一步后從第一偏振片(3)的光輸出端獲得的一束透射偏振光依次經(jīng)過第三1/4波片(13)、縮束系統(tǒng)(14)后入射到第三全反鏡(15)的光輸入端，此偏振光由第三全反鏡(15)和第四全反鏡(16)改變光路后入射到第二介質(zhì)池(17)的一端(17-1)；三、經(jīng)過上述第一步后從第一偏振片(3)的光輸入端獲得的另一束反射偏振光輸入到第二偏振片(4)的光輸入端，此偏振光經(jīng)第二偏振片(4)反射后入射到第一全反鏡(5)的光輸入端，此偏振光由第一全反鏡(5)改變光路后垂直入射到第一1/4波片(6)的光輸入端，從第一1/4波片(6)的光輸出端獲得的光束經(jīng)第一凸透鏡(7)聚焦后入射到第一介質(zhì)池(8)中并產(chǎn)生Stokes種子光；四、上述第三步產(chǎn)生的Stokes種子光依次經(jīng)過第一凸透鏡(7)、第一1/4波片(6)、第一全反鏡(5)后輸入到第二偏振片(4)的光輸入端，此Stokes種子光透過第二偏振片(4)后入射到第二全反鏡(9)的光輸入端，經(jīng)第二全反鏡(9)改變光路后此Stokes種子光再經(jīng)過可調(diào)衰減片(10)入射到第三偏振片(11)的光輸入端，在第三偏振片(11)的光輸出端獲得的透射光通過第二1/4波片(12)入射到第二介質(zhì)池(17)的另一端(17-2)，調(diào)整所述可調(diào)衰減片(10)的透過率來改變所述Stokes種子光的能量，從第二介質(zhì)池(17)的兩端分別入射的兩束光的光軸相互重合；五、入射到第二介質(zhì)池(17)兩端的光束在第二介質(zhì)池(17)中相互作用，由第四全反鏡(16)反射的一路光從介質(zhì)池(17)的一端(17-1)透射到介質(zhì)池(17)的另一端(17-2)，在此過程中這路光經(jīng)過與從第二介質(zhì)池(17)的另一端(17-2)入射的Stokes種子光相互作用后從第二介質(zhì)池(17)的另一端(17-2)輸出，上述從第二介質(zhì)池(17)的另一端(17-2)輸出的光經(jīng)第二1/4波片(12)改變偏振態(tài)后由第三偏振片(11)反射出，所述由第三偏振片(11)反射出的光即為具有所需脈沖波形的光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙池受激布里淵散射系統(tǒng)的激光脈沖整形方法，其特征在于所有偏振片按布魯斯特角放置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙池受激布里淵散射系統(tǒng)的激光脈沖整形方法，其特征在于所述縮束系統(tǒng)(14)由第二凸透鏡(14-1)和凹透鏡(14-2)組成，縮束比為2∶1～3∶1，從第三1/4波片(13)輸出的偏振光輸入到第二凸透鏡(14-1)的光輸入端，從第二凸透鏡(14-1)的光輸出端輸出的光通過凹透鏡(14-2)縮束后入射到第三全反鏡(15)的光輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的基于雙池受激布里淵散射系統(tǒng)的激光脈沖整形方法，其特征在于所述可調(diào)衰減片(10)的透過率的可調(diào)范圍為0.1～0.95。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的基于雙池受激布里淵散射系統(tǒng)的激光脈沖整形方法，其特征在于所述脈沖激光器(1)輸出的為單縱模偏振光，所述單縱模偏振光為線偏振光、橢圓偏振光或圓偏振光。
7.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的基于雙池受激布里淵散射系統(tǒng)的激光脈沖整形方法，其特征在于由1/2波片(2)和第一偏振片(3)所分成的兩束光分別到達第二介質(zhì)池(17)的光程差為0～120cm，且到達第二介質(zhì)池(17)的另一端(17-2)的光比到達第二介質(zhì)池(17)的一端(17-1)的光的光程小。
8.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的基于雙池受激布里淵散射系統(tǒng)的激光脈沖整形方法，其特征在于所述第一介質(zhì)池(8)和第二介質(zhì)池(17)使用相同的布里淵介質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于雙池受激布里淵散射系統(tǒng)的激光脈沖整形方法，其特征在于步驟一中轉(zhuǎn)動1/2波片(2)的角度使經(jīng)過第一偏振片(3)透射和反射的兩路光分束比為1∶1～5∶1。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于雙池受激布里淵散射系統(tǒng)的激光脈沖整形方法，其特征在于所述第一介質(zhì)池(8)和第二介質(zhì)池(17)使用CCl4、FC72、FC75中的一種。
全文摘要
基于雙池受激布里淵散射系統(tǒng)的激光脈沖整形裝置和方法，它涉及激光脈沖時間整形技術(shù)領(lǐng)域，它解決了現(xiàn)有的脈沖整形方法及其裝置成本高、采用精密電子器件多、承受功率密度低及靈活性差的問題。脈沖激光器(1)輸出的偏振光分束后其中一束依次經(jīng)第三1/4波片(13)、縮束系統(tǒng)(14)等后輸入到第二介質(zhì)池(17)的一端；另一束經(jīng)過第二偏振片(4)、第一全反鏡(5)等后輸入到第一介質(zhì)池(8)中產(chǎn)生Stokes種子光，Stokes種子光沿原路返回到第二偏振片(4)的輸入端，再經(jīng)第二偏振片(4)透射后輸入到第二介質(zhì)池(17)的另一端；通過調(diào)整可調(diào)衰減片(10)的透過率來改變Stokes種子光的能量，便可以在第三偏振片處得到平頂、脈沖前沿高、脈沖后沿高等不同的脈沖波形。
文檔編號H01S3/10GK1851550SQ20061001010
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者呂志偉, 龔華平, 林殿陽, 劉松江 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)