一種基于鍍膜的脈沖序列調(diào)制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超快激光脈沖序列調(diào)制方法和調(diào)制器，屬于超快激光領(lǐng)域。包括：超快激光脈沖，調(diào)制鏡片，前表面，后表面。超快激光脈沖垂直入射到調(diào)制鏡片的前表面上，透過調(diào)制鏡片后到達(dá)后表面，調(diào)制鏡片的前表面和后表面都鍍有半透半反膜，經(jīng)過調(diào)制鏡片調(diào)制后的脈沖序列從后表面輸出。本發(fā)明僅使用一個雙面鍍膜的鏡片就可以直接產(chǎn)生特定的飛秒到皮秒量級時間延遲和特定能量分布規(guī)律的脈沖序列，不需要復(fù)雜的光路，沒有調(diào)整機(jī)構(gòu)，不涉及光路對齊和調(diào)整校正等過程，大大降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和成本，提高了可靠性和穩(wěn)定性。
【專利說明】—種基于鍍膜的脈沖序列調(diào)制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超快激光脈沖序列調(diào)制方法和調(diào)制器，屬于超快激光領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]超快激光具有持續(xù)時間短、峰值功率高的特點(diǎn)(Lanjiang，LisanLi, SumeiffangandHa1-LungTsa1.Microscopicenergytransportthrough photon-electron-photoninteractionsduringurtrashortlaserablationofwidebandgap materials.中國激光.Vol.36，N0.4.2009.)，具有很強(qiáng)的激發(fā)、調(diào)控及探測能力，因而在超快化學(xué)(AHZewail-Femtochemistry:Atomic-scaledynamicsofthe chemicalbond.ThejournalofPhysicalChemistryA, 2000.)、超快生物以及超快激光制造等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，近來在超快激光制造領(lǐng)域，基于電子狀態(tài)調(diào)控思想實(shí)現(xiàn)高精度高質(zhì)量高效率制造(LJiang，PLiu, XYan, NLeng, CXu, HXiao, Y Lu.High-throughputrear-surfacedriIlingofmicrochanneIsinglassbasedonelectron dynamicscontrolusingfemtosecondpulsetrains.0pticsletters, 2012.),得到國內(nèi)外學(xué)者廣泛認(rèn)可。
[0003]電子狀態(tài)調(diào)控的一個具體方法是將超快激光脈沖調(diào)制為間隔在飛秒到皮秒量級的超快激光脈沖序列。然而，一般的超快激光器本身的脈沖重復(fù)頻率都很低，對應(yīng)的脈沖間隔周期一般都不會短于納秒，如何獲取脈沖間隔為飛秒到皮秒量級的脈沖序列成為一個難題。飛秒到皮秒這么短的時間尺度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般電子設(shè)備的頻率響應(yīng)極限，所以很難通過電學(xué)方法來實(shí)現(xiàn)這么短時間延遲的脈沖序列，必須采用光學(xué)方法。現(xiàn)在商用的脈沖整形器采用空間光調(diào)制器對光束截面上的每個像素單元進(jìn)行不同的相位延遲，從而達(dá)到時間和空間整形的目的，具有結(jié)構(gòu)簡單，自動化程度高的優(yōu)點(diǎn)，但是設(shè)備成本高，不能適用大功率，原理不直觀，誤差較大，出光效率低，而且調(diào)制過程耗時較長。常用的分光合光法也可以產(chǎn)生簡單的雙脈沖，但是這種方法使用一對垂直反射鏡的平移來控制光程差(也即子脈沖間延時)，用于調(diào)制雙脈沖序列還可以接受，一旦子脈沖數(shù)增多，光路結(jié)構(gòu)將會變得非常復(fù)雜，光路對齊和校準(zhǔn)也將會變得非常困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服商業(yè)脈沖整形器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、損傷閾值低、成本高、調(diào)制速度慢的缺點(diǎn)和解決常規(guī)分光方法存在的光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對齊調(diào)整困難的問題，提出了一種基于鍍膜的脈沖序列調(diào)制器。
[0005]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0006]一種基于鍍膜的脈沖序列調(diào)制器，包括:超快激光脈沖，調(diào)制鏡片，前表面，后表面。
[0007]連接關(guān)系為:
[0008]超快激光脈沖垂直入射到調(diào)制鏡片的前表面上，透過調(diào)制鏡片后到達(dá)后表面，調(diào)制鏡片的前表面和后表面都鍍有半透半反膜，經(jīng)過調(diào)制鏡片調(diào)制后的脈沖序列從后表面輸出。
[0009]當(dāng)需要利用前表面產(chǎn)生的脈沖序列時，在調(diào)制鏡片的前表面前增加分光鏡，使從前表面產(chǎn)生的脈沖序列與入射激光分離:超快激光脈沖透過與激光傳播方向成45度放置的分光鏡后，垂直入射到調(diào)制鏡片的前表面上，然后穿過調(diào)制鏡片到達(dá)后表面，經(jīng)過調(diào)制后的脈沖序列從調(diào)制鏡片的前表面輸出，遇到分光鏡后與被反射，從而與入射激光分離，沿著與入射激光垂直的方向輸出，調(diào)制鏡片的前表面和后表面都鍍有半透半反膜。
[0010]所述調(diào)制鏡片為特定厚度的兩表面互相平行的透明玻璃鏡片，其厚度由需要的脈沖序列中相鄰子脈沖間的延遲決定，調(diào)制鏡片厚度與脈沖延遲的關(guān)系為:相鄰兩個子脈沖之間的延遲，等于光通過兩倍于調(diào)制鏡片的厚度的光程所需要的時間。公式表示如下:
[0011]At=2*n*d/c
[0012]其中At表示調(diào)制生成的脈沖序列中相鄰子脈沖之間的延遲，η為調(diào)制鏡片材料對入射激光波長的折射率，d為調(diào)制鏡片的厚度，c為真空中的光速。
[0013]所述半透半反膜，是根據(jù)所適用的超快激光波長范圍，和最終需要的脈沖序列中子脈沖能量分配規(guī)律確定的反射率，通過電子束蒸鍍等方法在玻璃鏡片基底上鍍的多層介質(zhì)膜。
[0014]工作原理:首先在調(diào)制鏡片的前表面和后表面都鍍上半透半反膜，超快激光脈沖入射到脈沖序列調(diào)制鏡片的前表面上，被分成了兩個子脈沖，一個脈沖被前表面反射回去，成為從前表面輸出的第一個子脈沖；另一個脈沖則透過前表面，進(jìn)入調(diào)制鏡片內(nèi)部傳播，接著這個脈沖遇到后表面的半透半反膜，再次發(fā)生分光，分成反射和透射兩個子脈沖，被后表面透射的子脈沖成為從后表面輸出的第一個子脈沖，被后表面反射的子脈沖又回到鏡片前表面，在前表面處又發(fā)生分光，一個脈沖透射出去，從而在前表面輸出第二個子脈沖，另一個反射脈沖繼續(xù)在調(diào)制鏡片內(nèi)部傳播，如此往返重復(fù)，不斷地依次在調(diào)制鏡片的前后表面輸出子脈沖，每發(fā)生一次分光，脈沖能量就會衰減一次，直到最后脈沖能量衰減到O為止，所以這種調(diào)制器可以在調(diào)制鏡片的前表面和后表面各輸出一組脈沖序列，圖1中雖然入射光是斜入射的，但是，如果入射光垂直入射，原理和效果也是一樣的，只不過輸出的兩組脈沖序列都是共線的。
[0015]從調(diào)制鏡片的前表面輸出的脈沖序列由于與入射激光共線傳播，所以一般需要在前表面前加入一個分光鏡，用于將脈沖序列與入射激光分離后輸出。而從調(diào)制鏡片后表面輸出的脈沖序列則無需任何器件即可作為最終輸出。
[0016]對于這兩組脈沖序列中的任一組，相鄰兩個子脈沖之間的延遲都相等，并且等于光通過兩倍于調(diào)制鏡片的厚度的光程所需要的時間，調(diào)制鏡片的厚度越大，輸出的脈沖序列中相鄰子脈沖的延遲也越大，所以控制調(diào)制鏡片的厚度就可以控制最后生成的脈沖序列中各子脈沖之間的延遲。
[0017]前表面的反射率用a表不,后表面的反射率用b表不,忽略吸收損失,那么經(jīng)過調(diào)制后，從調(diào)制鏡片的前表面輸出的脈沖序列除了第一個子脈沖外，其后的子脈沖能量分布按等比衰減規(guī)律，衰減系數(shù)為a*b ;從調(diào)制鏡片的后表面輸出的脈沖序列則從第一個子脈沖開始，各個子脈沖能量按等比規(guī)律衰減，衰減系數(shù)也為a*b。所以控制前表面和后表面的反射率，就可以控制輸出的脈沖序列中各子脈沖的能量分布規(guī)律。
[0018]有益效果[0019]1、本發(fā)明的一種基于鍍膜的脈沖序列調(diào)制器，僅使用一個雙面鍍膜的鏡片就可以直接產(chǎn)生特定的飛秒到皮秒量級時間延遲和特定能量分布規(guī)律的脈沖序列，不需要復(fù)雜的光路，沒有調(diào)整機(jī)構(gòu)，不涉及光路對齊和調(diào)整校正等過程，大大降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和成本，提聞了可罪性和穩(wěn)定性。
[0020]2、本發(fā)明的一種基于鍍膜的脈沖序列調(diào)制器，控制調(diào)制鏡片的厚度，就可以控制脈沖序列中各子脈沖之間的延時；控制調(diào)制鏡片前后兩表面鍍膜的反射率，就可以控制輸出的脈沖序列中各子脈沖的能量分布規(guī)律，由于單個鏡片的成本相對很低，因此可以按照需要的脈沖序列延時和能量規(guī)律定制一系列不同反射率鍍膜和不同厚度的調(diào)制鏡片。
[0021]3、本發(fā)明的一種基于鍍膜的脈沖序列調(diào)制器，如果將調(diào)制鏡片設(shè)計為具有特定間隔的多層半透半反膜的復(fù)合結(jié)構(gòu)，還可以產(chǎn)生更加復(fù)雜的脈沖序列。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的原理示意圖；
[0023]圖2是根據(jù)圖1的原理，取前表面4的反射光作為最終輸出的一個實(shí)施例的光路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是根據(jù)圖1的原理，取后表面5的透射光作為最終輸出的一個實(shí)施例的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]其中:1 一超快激光脈沖，2—調(diào)制鏡片，3 —如表面，4一后表面，5—分光鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0027]實(shí)施例1
[0028]一種基于鍍膜的脈沖序列調(diào)制器，包括:超快激光脈沖1，分光鏡2，調(diào)制鏡片3，前表面4，后表面5。
[0029]連接關(guān)系為:
[0030]超快激光脈沖I透過一個與激光傳播方向成45度放置的分光鏡2后，垂直入射到調(diào)制鏡片3的前表面4上，然后穿過調(diào)制鏡片3到達(dá)后表面5，經(jīng)過調(diào)制鏡片3的調(diào)制后，一束脈沖序列從前表面4反射回來，沿著與入射激光相反的方向傳播，這束脈沖序列在遇到反射鏡2后被反射，與入射激光發(fā)生分離，沿著與入射激光垂直的方向輸出，調(diào)制鏡片3的前表面4和后表面5都鍍有半透半反膜；
[0031]本實(shí)施例的調(diào)制鏡片3的基底材料為N-BK7，厚度為1mm，前后表面拋光后先清洗再鍍膜，前表面4上鍍膜為針對800±50nm的寬帶介質(zhì)反射膜，反射率為30%，后表面5上先鍍有一層銀膜，然后鍍了一層二氧化硅保護(hù)膜作為保護(hù)膜，后表面的鍍膜對中心波長SOOnm的超快激光的反射率為100%，即全反。當(dāng)輸入中心波長為800nm，脈寬為50fs的飛秒激光時，從分光鏡2的一側(cè)輸出的脈沖序列中相鄰子脈沖的延遲為10ps，各子脈沖能量比例為:30:49:14.7:4.41:......[0032]工作過程如下，如圖2所示；
[0033]I)、將玻璃鏡片基底磨成需要的厚度，并兩面拋光，然后用超聲波清洗，最后在真空中進(jìn)行鍍膜，鍍膜參數(shù)根據(jù)需要的波長范圍和反射率確定，鍍好膜之后即得到了需要的脈沖序列調(diào)制鏡片3 ；
[0034]2)、在調(diào)制鏡片3的前面放置一個與光傳播方向成45度的分光鏡2 ；
[0035]3)、將一束超快激光I垂直入射到調(diào)制鏡片3的前表面4上，并保證超快激光I先通過分光鏡2之后再到達(dá)調(diào)制鏡片3 ；
[0036]4)、在分光鏡2的一側(cè)與入射激光垂直的方向上就可以得到除第一個子脈沖外，其余子脈沖能量等比遞減的無窮脈沖序列。
[0037]實(shí)施例2
[0038]一種基于鍍膜的脈沖序列調(diào)制器，包括:1 一超快激光脈沖，3—調(diào)制鏡片，4 一前表面，5一后表面。
[0039]連接關(guān)系為:
[0040]超快激光脈沖I垂直入射到調(diào)制鏡片3的前表面4上，透過調(diào)制鏡片3后到達(dá)后表面5，調(diào)制鏡片3的前表面4和后表面5都鍍有半透半反膜。
[0041]本實(shí)施例的調(diào)制鏡片3的材料為N-BK7，厚度為lOOum，前表面4上鍍有一層寬帶介質(zhì)膜，在700-920波長范圍內(nèi)的反射率為40%，后表面5上鍍有一層在700-920波長范圍內(nèi)反射率為50%的介質(zhì)膜。當(dāng)輸入中心波長為800nm，脈寬為50fs的飛秒激光時，從后表面5輸出的脈沖序列中相鄰子脈沖的延遲為lps，各子脈沖能量比例為:100:20:5:1:……。
[0042]工作過程如下:如圖3所示；
[0043]I)、將玻璃鏡片基底磨成需要的厚度，并兩面拋光，然后用超聲波清洗，最后在真空中進(jìn)行鍍膜，前后表面鍍膜的參數(shù)根據(jù)需要的波長范圍和反射率確定，鍍好膜之后即得到了需要的脈沖序列調(diào)制鏡片3 ；
[0044]2)、將一束超快激光I垂直入射到調(diào)制鏡片3的前表面4上；
[0045]3)、在調(diào)制鏡片3的后表面5處即可得到一束能量等比遞減的無窮脈沖序列。
[0046]本發(fā)明保護(hù)范圍不僅局限于本實(shí)施例，本實(shí)施例用于解釋本發(fā)明，凡與本發(fā)明在相同原理和構(gòu)思條件下的變更或修改均在本發(fā)明公開的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于鍍膜的脈沖序列調(diào)制器，其特征在于:包括:超快激光脈沖(1)，調(diào)制鏡片(3)，前表面(4)，后表面(5);超快激光脈沖(1)垂直入射到調(diào)制鏡片(3)的前表面(4)上，透過調(diào)制鏡片(3)后到達(dá)后表面(5)，調(diào)制鏡片(3)的前表面(4)和后表面(5)都鍍有半透半反膜，經(jīng)過調(diào)制鏡片(3)調(diào)制后的脈沖序列從后表面(5)輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于鍍膜的脈沖序列調(diào)制器，其特征在于:當(dāng)需要利用前表面(4)產(chǎn)生的脈沖序列時，在調(diào)制鏡片(3)的前表面(4)前增加分光鏡(2)，使從前表面(4)產(chǎn)生的脈沖序列與入射激光分離:超快激光脈沖(1)透過與激光傳播方向成45度放置的分光鏡(2)后，垂直入射到調(diào)制鏡片(3)的前表面(4)上，然后穿過調(diào)制鏡片(3)到達(dá)后表面(5)，經(jīng)過調(diào)制后的脈沖序列從調(diào)制鏡片(3)的前表面(4)輸出，遇到分光鏡(2)后與被反射，從而與入射激光分離，沿著與入射激光垂直的方向輸出，調(diào)制鏡片(3)的前表面(4)和后表面(5)都鍍有半透半反膜。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于鍍膜的脈沖序列調(diào)制器，其特征在于:所述調(diào)制鏡片為兩表面互相平行的透明玻璃鏡片，調(diào)制鏡片的厚度由需要的脈沖序列中相鄰子脈沖間的延遲決定，調(diào)制鏡片厚度與脈沖延遲的關(guān)系為:相鄰兩個子脈沖之間的延遲，等于光通過兩倍于調(diào)制鏡片的厚度的光程所需要的時間；公式表示如下:
Δt=2*n*d/c 其中At表示調(diào)制生成的脈沖序列中相鄰子脈沖之間的延遲，η為調(diào)制鏡片材料對入射激光波長的折射率，d為調(diào)制鏡片的厚度，c為真空中的光速。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于鍍膜的脈沖序列調(diào)制器，其特征在于:所述半透半反膜，是根據(jù)所適用的超快激光波長范圍，和最終需要的脈沖序列中子脈沖能量分配規(guī)律確定的反射率，通過電子束蒸鍍等方法在玻璃鏡片基底上鍍的多層介質(zhì)膜。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于鍍膜的脈沖序列調(diào)制器，其特征在于:控制前表面(4)和后表面(5)的反射率，就 能夠控制輸出的脈沖序列中各子脈沖的能量分布規(guī)律。
【文檔編號】H01S3/10GK103928833SQ201410144183
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】姜瀾, 余彥武, 曹強(qiáng) 申請人:北京理工大學(xué)