超短脉冲激光残余角色散的测量装置和测量方法
【专利摘要】一种超短脉冲激光残余角色散的测量装置和测量方法，其测量装置构成为：光束行进方向依次为第一直角棱镜，第一平行平板，第二直角棱镜，第二平行平板，消色差透镜，1×2端口的分束器，入射光束经过1×2端口的分束器后分成两部分光，一部分光会聚到电荷耦合元件CCD上，另一部分光入射到光谱仪上。该发明利用直角棱镜与平行平板的组合作为光谱调制器从宽带激光中选择分立的波长，最终不同传播方向的光谱分量在CCD上呈现分立的点，通过分立光点的波长和相对位置即可计算宽带光束的残余角色散。它具有结构简单、可实现实时、单次、二维测量超短脉冲激光残余角色散的特点。
【专利说明】超短脉冲激光残余角色散的测量装置和测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高功率激光系统，提出一种超短脉冲激光残余角色散的测量装置和测量方法，主要应用于超短脉冲激光残余角色散的快速、二维测量。其优点是可对光束的残余角色散进行实时、单次、二维的高精度测量，该项技术特别适用于超短脉冲激光残余角色散的测量、啁啾脉冲放大(CPA)系统中光栅压缩器平行度的在线校准等。
【背景技术】
[0002]超短脉冲激光领域的探索是当前国际上激光高技术研究的热点，受到了广泛的关注。超短脉冲激光的产生过程包含了大量的时间、空间控制技术，故一般情况下超短脉冲激光不可避免地存在时空畸变，其中尤为严重的是残余角色散问题。
[0003]产生高功率超短脉冲激光常用的技术是啁啾脉冲放大(CPA)，其实现过程如下:首先，将飞秒量级的种子脉冲通过展宽器在时间上展宽到纳秒量级的啁啾脉冲；然后对啁啾脉冲进行放大，不仅能够提高能量提取效率，同时也克服了非线性效应；最后，采用与展宽器共轭的平行光栅对压缩器对放大脉冲进行压缩从而获得高功率超短脉冲激光。该方法中所需的啁啾通过使用角色散元件产生，如光栅、棱镜等。啁啾脉冲放大系统中，若展宽器与压缩器失配或压缩器中的光栅表面不平行，将导致脉冲激光残余角色散的产生，从而引起光束的时空畸变，改变脉冲激光的传输特性。
[0004]超短啁啾脉冲放大激光系统中，残余角色散也存在其他诱因。如振荡器中棱镜对的细微顶角差异甚至折射面的非平行、光学元件(如输出耦合器、晶体、滤色片等)加工过程的小量模形等。
[0005]当超短脉冲激光存在残余角色散，不同的谱分量将沿不同的方向传播，从而导致脉冲宽度增加、峰值功率降低、焦斑弥散等。
[0006]目前，人们提出了多种测量超短脉冲激光残余角色散的技术，如马赫泽德干涉仪法(G.Pretzler, A.Kasper, et al., Appl.Phys.B70, I (2000))、光谱分辨干涉法(SRI)(K.Varju, A.P.Kovacs, et al.，Appl.Phys.B74, S259 (2002))、频率分辨光学开关法(S.Akturk, M.Kimmel, et al., Opt.Expressll, 491 (2003))等。但这些方法大多仅仅针对超短脉冲激光残余角色散的一维测量，为了完整地描述超短脉冲激光的残余角色散，以上方法都必须对超短脉冲激光进行旋转后测量。尽管Divoky (M.Divoky, P.Straka, Rev.Sc1.1nstrum.79，123114(2008))提出的技术有效地避免了光束旋转，但仍需要对超短脉冲激光进行多次测量。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的不足，本发明提供一种超短脉冲激光束残余角色散的测量装置和测量方法，其最大的优点是可对超短脉冲激光的残余角色散进行实时、单次、二维的高精度测量，结构紧凑且效率高。
[0008]本发明的技术解决方案如下:[0009]一种超短脉冲激光残余角色散的测量装置，特点在于其构成包括:沿光束行进方向依次的第一直角棱镜、第一平行平板、第二直角棱镜、第二平行平板、消色差透镜、分束器、电荷耦合元件(以下简称为CCD)、光谱仪，所述的分束器将光束分为两部分，一部分会聚到CCD上，另一部分入射到光谱仪上；所述的第一直角棱镜与第二直角棱镜相同；所述的第一平行平板与第二平行平板厚度不同，第一平行平板与第二平行平板垂直放置；所述的第一直角棱镜的较大的直角面与第一平行平板固定在一起，且所述的第一直角棱镜较小的直角面与所述的第一平行平板的端面对齐，所述的第二直角棱镜的较小的直角面与第二平行平板固定在一起，且所述的第二直角棱镜较大的直角面与所述的第二平行平板的端面对齐；所述的CCD放置在所述的消色差透镜的焦平面；所述的第一平行平板、第二平行平板与直角棱镜接触的两平行表面镀高反膜，但直角棱镜与第一平行平板、第二平行平板接触的区域不镀膜。[0010]所述的第一直角棱镜、第一平行平板、第二直角棱镜、第二平行平板的材料为玻璃或者石英。
[0011]所述的第一直角棱镜、第二直角棱镜中与空气接触的直角面镀增透膜。
[0012]利用所述的超短脉冲激光残余角色散的测量装置进行超短脉冲激光残余角色散的测量方法，该方法包括以下步骤:
[0013]①将待测的超短脉冲激光垂直或接近垂直地入射到第一直角棱镜的直角面上；
[0014]②所述的CCD记录分立光点的位置，所述的光谱仪对光点的波长进行测量；
[0015]③对所述的CCD记录的分立光点的位置进行测量，取任意两个光点的坐标分别为(Xl，yi)、(X2，y2)，相应的波长分别为λ。λ 2，所述的消色差透镜的焦距为f，则残余角色散C的分量为:
【权利要求】
1.一种超短脉冲激光残余角色散的测量装置，特征在于其构成包括:沿光束行进方向依次的第一直角棱镜(I)、第一平行平板(2)、第二直角棱镜(3)、第二平行平板(4)、消色差透镜(5)、分束器(6)、(XD (7)、光谱仪(8)，所述的分束器(6)将光束分为两部分，一部分会聚到CCD (7)上，另一部分入射到光谱仪(8)上；所述的第一直角棱镜(I)与第二直角棱镜(3)相同；所述的第一平行平板(2)与第二平行平板(4)厚度不同，第一平行平板(2)与第二平行平板(4)垂直放置；所述的第一直角棱镜(I)的较大的直角面与第一平行平板(2)固定在一起，且所述的第一直角棱镜(I)较小的直角面与所述的第一平行平板(2)的端面对齐，所述的第二直角棱镜(3)的较小的直角面与第二平行平板(4)固定在一起，且所述的第二直角棱镜(3)较大的直角面与所述的第二平行平板(4)的端面对齐；所述的CCD (7)放置在所述的消色差透镜(5)的焦平面；所述的第一平行平板(2)、第二平行平板(4)与直角棱镜接触的两平行表面镀高反膜，但直角棱镜与第一平行平板(2)、第二平行平板(4)接触的区域不镀膜。
2.根据权利要求1所述的超短脉冲激光残余角色散的测量装置，其特征在于所述的第一直角棱镜(I)、第一平行平板(2)、第二直角棱镜(3)、第二平行平板(4)的材料为玻璃或者石英。
3.根据权利要求1所述的超短脉冲激光残余角色散的测量装置，其特征在于所述的第一直角棱镜(I)、第二直角棱镜(3 )中与空气接触的直角面镀增透膜。
4.利用权利要求1所述的超短脉冲激光残余角色散的测量装置进行超短脉冲激光残余角色散的测量方法，该方法包括以下步骤: ①将待测的超短脉冲激光垂直或接近垂直地入射到第一直角棱镜(I)的直角面上； ②所述的CCD(7)记录分立光点的位置，所述的光谱仪(8)对光点的波长进行测量； ③对所述的CCD(7)记录的分立光点的位置进行测量，取任意两个光点的坐标分别为(Xl，yi)、(X2，y2)，相应的波长分别为λ。λ2，所述的消色差透镜(5)的焦距为f，则残余角色散C的分量为:
【文档编号】G01J9/00GK103604509SQ201310613251
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】崔勇, 李朝阳, 单炯, 杨学东, 王韬, 徐光 , 马伟新, 戴亚平, 朱俭 申请人:上海激光等离子体研究所