專利名稱：一種新型的棱鏡對(duì)脈沖色散補(bǔ)償器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超短激光脈沖類，具體闡述一種新型的棱鏡對(duì)脈沖色散補(bǔ)償器。
背景技術(shù)：
超強(qiáng)超短激光科學(xué)研究以超強(qiáng)超短激光的創(chuàng)新發(fā)展、超強(qiáng)超短激光與物質(zhì) 的相互作用、以及在交叉學(xué)科與相關(guān)高技術(shù)領(lǐng)域中的前沿基礎(chǔ)為對(duì)象，是當(dāng) 前國際上現(xiàn)代物理學(xué)乃至現(xiàn)代科學(xué)中一個(gè)非常重要的科學(xué)前沿領(lǐng)域。在這一 領(lǐng)域中，脈沖展寬/壓縮技術(shù)是其中一個(gè)十分關(guān)鍵的單元技術(shù)。其主要思路就 是盡可能地對(duì)脈沖的啁啾相位進(jìn)行補(bǔ)償。目前常用的脈沖色散補(bǔ)償器有兩種 一是光柵脈沖色散補(bǔ)償器。有兩種形式，如圖1所示。圖l (a)中光柵對(duì)逆平行放置，在光柵對(duì)之間有兩個(gè)透鏡。這兩透鏡共焦放置構(gòu)成一望遠(yuǎn)系 統(tǒng)，光柵離開了望遠(yuǎn)鏡的前后焦面而向透鏡靠近，脈沖四次通過光柵，產(chǎn)生 足夠大的正群速度色散， 一般用于脈沖展寬。為了消除因光柵色散引起的光束的像散，光的入射角應(yīng)接近Littrow角。此外，光柵展寬器中的透鏡引入的 色差會(huì)引起三次頻率相關(guān)相位，而球差會(huì)引起四次頻率相關(guān)相位。光柵展寬/ 壓縮器對(duì)光脈沖的透過率為70%左右，它們的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整也比較困難。 另外，對(duì)高功率/能量的脈沖要用尺寸較大的光柵，價(jià)格比較昂貴，且不易保 養(yǎng)，使用壽命相對(duì)較短。另外對(duì)機(jī)械部件要求也比較高。圖1 (b)的光柵對(duì) 是平行放置的。原理和圖1 (a) —樣，只是它產(chǎn)生的是負(fù)色散， 一般用于脈 沖壓縮。二是傳統(tǒng)的棱鏡對(duì)-色散補(bǔ)償器，如圖2所示。當(dāng)脈沖通過棱鏡P1 (色散 棱鏡)時(shí)，棱鏡將不同波長的光按照不同的角度折射出去，再進(jìn)入到第二個(gè) 棱鏡P2(準(zhǔn)直棱鏡)。由于短波長光比長波長光的折射角度大，這樣光脈沖中 不同波長的光對(duì)應(yīng)著不同的行進(jìn)光程，短波長成分光經(jīng)過的光程更小，從而 達(dá)到負(fù)的群速度色散目的。通過調(diào)節(jié)棱鏡對(duì)插入光束的深度，可以方便地控
制所需的群速度色散。它工作在布儒斯特角，因而它的損耗也較小。利用棱 鏡對(duì)進(jìn)行色散補(bǔ)償時(shí)，棱鏡對(duì)本身也會(huì)引入材料色散，這一部分色散在設(shè)計(jì) 棱鏡對(duì)時(shí)也必須考慮到，從而加大所需的兩個(gè)棱鏡頂點(diǎn)之間的距離，增加調(diào) 整困難，同時(shí)反過來加大光斑在準(zhǔn)直棱鏡上的橫向尺寸，于是又加大了棱鏡 對(duì)本身引入的材料色散。這種效應(yīng)在使得補(bǔ)償器體積龐大的同時(shí)，增加了調(diào) 整難度和降低了補(bǔ)償效果。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種新型的棱鏡對(duì) 脈沖色散補(bǔ)償器，該色散器采用兩個(gè)直角棱鏡，其頂角為光脈沖中心波長所 對(duì)應(yīng)的布儒斯特角的余角，而且兩棱鏡相對(duì)平行放置。本發(fā)明取代傳統(tǒng)的布 儒斯特角棱鏡降低了由棱鏡對(duì)本身引入的材料色散，補(bǔ)償效果更理想，結(jié)構(gòu) 更緊湊。本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成一種新型的棱鏡對(duì)脈沖色散補(bǔ)償器，其特征在于該色散器主要由兩個(gè)直 角棱鏡組合構(gòu)成，兩棱鏡相對(duì)平行放置。所述兩個(gè)棱鏡的頂角為光脈沖中心波長布儒斯特角的余角。所述棱鏡頂角，即布儒斯特角的余角的相鄰表面鍍中心波長附近的寬帶增透膜。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，棱鏡對(duì)工作時(shí)，材料插入量小，引入材料色散小，所 要求的棱鏡間隔也小，從而結(jié)構(gòu)緊湊，補(bǔ)償后剩余高階色散小，補(bǔ)償效果好， 又由于入射光為正入射，調(diào)整方便，而且對(duì)失調(diào)較不敏感。


附圖1為光柵對(duì)-脈沖色散器結(jié)構(gòu)示意圖附圖2為棱鏡對(duì)-色散補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)示意圖 附圖3為本發(fā)明-半布儒斯特棱鏡對(duì)色散補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)示意圖 附圖4為本發(fā)明用于飛秒脈沖激光器中的示意圖 附圖5為本發(fā)明用于激光腔外啁啾脈沖壓縮示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說
明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解如圖3-5所示，圖中符號(hào)分別為凹面反射鏡CR1~ CR4、高反鏡HR、輸 出耦合鏡0C、色散棱鏡P1、準(zhǔn)直棱鏡P2、鈦寶石激光晶體Ti:S。本實(shí)施例的布儒斯特角棱鏡對(duì)脈沖色散補(bǔ)償器由兩個(gè)相同的直角棱鏡構(gòu) 成，這兩棱鏡的頂角大小由激光脈沖中心波長的布儒斯特角工作條件決定， 在此為中心波長布儒斯特角的余角，兩棱鏡相對(duì)平行放置。第一只棱鏡的角 色為色散棱鏡，其與頂角相鄰的一直角表面為入射面，該表面鍍中心波長附 近的寬帶增透膜。第二只棱鏡的角色為準(zhǔn)直棱鏡，其與頂角相鄰的一直角表 面為出射面，該表面也鍍中心波長附近的寬帶增透膜?；谀壳肮鈱W(xué)鍍膜水 平的日益提高，例如，寬帶增透光學(xué)膜已經(jīng)能在中心波長在800nm附近、300nm 帶寬的范圍內(nèi)反射率控制在0. 2%以內(nèi)，這使得本實(shí)施例裝置的插入損耗可與 傳統(tǒng)棱鏡對(duì)的損耗相媲美。寬帶脈沖光正入射到色散棱鏡的鍍寬帶增透膜的直角邊所在的表面，然 后通過該棱鏡到達(dá)棱鏡P1斜邊所在表面，在中心波長處光脈沖以布儒斯特角 出射。其它波長的出射角度也在其布儒斯特角附近，這樣損耗最小。由于不 同的波長具有不同的色散角，所以經(jīng)過色散棱鏡后不同波長光產(chǎn)生以不同方 向傳播(角色散)。第二個(gè)棱鏡與第一棱鏡規(guī)格一樣，但它與棱鏡相對(duì)平行放 置，即兩棱鏡的鍍寬帶增透膜的表面和斜邊所在的表面均分別相互平行。所 以當(dāng)被角色散的光經(jīng)第二個(gè)棱鏡的斜表面折射后，不同波長光產(chǎn)生又恢復(fù)到 以同一方向傳輸狀態(tài)(空間上有位移)，所以我們將第二個(gè)棱鏡叫做準(zhǔn)直棱鏡。 棱鏡對(duì)的負(fù)色散產(chǎn)生負(fù)線性啁啾相位可以補(bǔ)償材料產(chǎn)生的正線性啁啾相位。 但是，由于棱鏡對(duì)的二次、三次或以上的啁啾相位和大多數(shù)光學(xué)材料的二次、 三次或以上啁啾相位分布不匹配，所以在補(bǔ)償線性啁啾相位時(shí)必須盡量減少 高次啁啾相位量，以達(dá)到最佳色散補(bǔ)償效果。本實(shí)施例的特點(diǎn)正是在補(bǔ)償線 性啁啾的同時(shí)剩余高階色散量小，因而補(bǔ)償效果好。圖4是將本發(fā)明應(yīng)用在Ti: sapphire飛秒激光器作為色散補(bǔ)償?shù)膶?shí)例。 在該激光器中，激光晶體Ti:s即phire具有較大的非線性折射率系數(shù)，通過 克爾效應(yīng)，通過伴隨而生的自相位調(diào)制效應(yīng)將光譜展寬同時(shí)產(chǎn)生正啁啾相位， Ti: sapphire晶體本身也引入材料色散，本實(shí)施例的棱鏡對(duì)的作用就是補(bǔ)償這些色散，同時(shí)也要補(bǔ)償棱鏡對(duì)本身引入的材料色散。此時(shí)兩棱鏡的兩個(gè)通光的直角平面鍍上中心波長為800nm的寬帶增透膜。由于有增透膜，每個(gè)面的 反射損耗(650 1000皿范圍內(nèi)反射率小于0.2%)與激光耦合損耗(約5%) 相比可以忽略。與傳統(tǒng)的布儒斯特棱鏡對(duì)比較，由于棱鏡本身引入的材料色 散大幅減少，所以補(bǔ)償后剩余高階色散也小，改善了補(bǔ)償效果。另外由于是 正入射工作，調(diào)整方便，對(duì)光束漂移的靈敏性不高，系統(tǒng)更加穩(wěn)定。兩棱鏡 間的距離也大幅減少，這使系統(tǒng)更加緊湊，易于調(diào)整。圖5是將本發(fā)明用于腔外超短脈沖色散補(bǔ)償。將激光脈沖通過聚焦系統(tǒng) 輸入到一高非線性光纖進(jìn)行光譜加寬，然后通過本發(fā)明的棱鏡對(duì)對(duì)光纖的材 料色散進(jìn)行補(bǔ)償，從而得到比入射光脈沖的時(shí)間寬度短得多的光脈沖。
權(quán)利要求
1.一種新型的棱鏡對(duì)脈沖色散補(bǔ)償器，其特征在于該色散器主要由兩個(gè)相同的直角角棱鏡組合構(gòu)成，兩棱鏡的頂角為光脈沖中心波長布儒斯特角的余角。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種新型的棱鏡對(duì)脈沖色散補(bǔ)償器，其特征在于所 述兩個(gè)棱鏡相對(duì)平行放置，且兩個(gè)棱鏡上與頂角相鄰的直角邊表面朝外， 斜邊表面朝里。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型的棱鏡對(duì)脈沖色散補(bǔ)償器，其特征在于所 述兩個(gè)棱鏡上與頂角相鄰的直角邊表面鍍中心波長附近的寬帶增透膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及超短激光脈沖類，具體闡述一種新型的棱鏡對(duì)脈沖色散補(bǔ)償器，該色散器主要由兩個(gè)直角棱鏡組合構(gòu)成，兩棱鏡相對(duì)平行放置，其頂角為光脈沖中心波長所對(duì)應(yīng)的布儒斯特角的余角，本發(fā)明取代傳統(tǒng)的布儒斯特角棱鏡降低了由棱鏡對(duì)本身引入的材料色散，補(bǔ)償效果更理想，結(jié)構(gòu)更緊湊。
文檔編號(hào)H01S3/00GK101131478SQ20071004590
公開日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2007年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月13日
發(fā)明者徐世祥, 旋 楊, 王燕玲, 董華芳, 華 蔡 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)