专利名称：脉冲间隔可调的线偏振激光双脉冲的分束装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光，特别是一种脉冲间隔可调的线偏振激光双脉冲的分束装 置，该装置可将一个有限脉冲宽度的线偏振激光脉冲(波长在近紫外至近红外范围 内)分成具有光轴、传播方向和偏振方向相同的、脉冲间隔可按需调节的双脉冲。背彔技术在激光应用中，常常需要将一个线偏振的激光脉冲(记为"母脉冲")分成 具有光轴、传播方向和偏振方向相同的，脉冲间隔和分束比例可调的两个子脉冲。一般来说，分束法通常是使用适当透过率的分束镜和全反射镜的组合来完成 的。分束镜的分束比例是固定的，不同的分束比例要更换分束镜；而要获得同光轴， 相同的传播方向和同一偏振方向，且脉冲间隔和脉冲能量比可以任意调节的两个子 脉冲，其调节工作复杂繁琐，分束系统稳定性差，并且整个分束过程会导致损失母 脉冲的一半能量。已有的技术中，尚未见能够不损失母脉冲的一半能量的同光轴、相同传播方向和同一偏振方向的分束方法。 发明内容本实用新型的目的是要提供一种脉冲间隔可调的线偏振激光双脉冲的分束装 置，该装置可以将一个线偏振激光脉冲分成两个具有光轴、传播方向和偏振方向相 同的，且脉冲间隔、脉冲能量比可按需调节的子脉冲。本实用新型装置占用空间小、 原理上分成子脉冲过程中不存在光束能量损失，具有调节精确，简单方便，容易控 制等优点。本实用新型的技术解决方案如下一种脉冲间隔可调的线偏振激光双脉冲的分束装置，该装置的构成是在同一光 轴上依次设有第一偏振器、法拉第旋光器、第二偏振器、电光晶体泡克耳斯盒和 第一全反射镜，所述的第一偏振器与第二偏振器的透过轴成45。，所述的第一偏振 器、法拉第旋光器和第二偏振器构成一法拉第光隔离器，在所述的第二偏振器的 反射光方向是一可沿光束方向垂直移动的第二全反射镜，所述的第一全反射镜、电 光品体泡克耳斯盒、第二偏振器和第二全反射镜构成一无源的法布里一珀罗谐振 腔，在所述的电光晶体泡克耳斯盒的两极上分别施加间隔可控、幅度可调的脉沖电 压。所述的电光晶体泡克耳斯盒的两极上分别施加间隔可控、幅度可调的脉冲电压 的电路构成是 一同步信号接同步延时器的输入端，该同步延时器是一单输入的具 有不同延时的且延时可调的双输出同步延时器，该同步延时器的第一输出端接第一 驱动器，该同步延时器的第二输出端接第二驱动器，第一直流高压电源通过所述的 第一驱动器接所述的电光晶体泡克耳斯盒的第一电极，为所述的电光晶体泡克耳斯盒提供第一直流髙压Fi,第二直流高压电源通过所述的第二驱动器接所述的电光晶 体泡克耳斯盒的第二电极，为所述的电光晶体泡克耳斯盒提供第二直流高压所述的电光晶体泡克耳斯盒的电光晶体是KD'P、 KDP、或铌酸锂晶体。 所述的法拉第光隔离器是恒磁式的或电磁式驱动的。所述的第一偏振器和第二偏振器是薄膜偏振器，或是由方解石、石英、钒酸乾 的双折射晶体制成的偏振棱镜。利用上述分束装置，获得具有光轴、传播方向和偏振方向相同的、脉冲间隔可 调的双脉冲光束的方法，特征在于包括下列步骤① 在td时刻在所述的电光晶体泡克耳斯盒的第一电极上施加第一直流高压R, —个线偏振激光脉冲通过第一偏振器输入、经法拉第旋光器和第二偏振器，由第一 全反射镛反射，两次经过所述的电光晶体泡克耳斯盒后，被第二偏振器按能量倒出 率K倒出第1个撖光子脉冲p，该第1个激光子脉冲/ 透过第二偏振器反向通过法 拉第旋光器，被第一偏振器反射偏离入射方向而传播，所述的倒出率r,=cos2[S(K)/2，式中#:>^为加有^电压的电光晶体泡克耳斯盒所对应的延迟量，K为电光晶体泡克耳斯盒所对应激光波长的全波电压值；② 紧接着在t,时刻，退去加在电光晶体泡克耳斯盒上的电压，即K-O,携带 剩余能量比例为(1一7P的撖光脉冲s被第二偏振器反射，在所述的谐振腔内振荡；③ 在激光脉冲s在腔内振荡了 (n-l)次后，紧接着在V!时刻，再给电光晶 体泡克耳斯盒的第二电极上加第二直流髙压F = & /4,则在激光脉冲s在腔内振荡 n次后的l^时刻，腔内脉冲全部透过第二偏振器，该脉冲透过第二偏振器反向通过
法拉第旋光器，被第一偏振器反射偏离入射方向而传播第二个激光子脉冲J,该第2个激光子脉冲s与所述的第1个激光子脉冲p具有光轴、传播方向和偏振方向相 同的脉冲。本实用新型的技术效果如下由以上所述可知，利用本实用新型脉冲间隔可调的线偏振激光双脉冲的分束装 置，可以将一个线偏振激光脉冲分成两个具有光轴、传播方向和偏振方向相同的， 且脉冲间隔、脉冲能量比可按需调节的冲。本实用新型装置占用空间小、原理上分成子脉冲过程中不存在光束能量损失， 产生的两子脉冲的能量之和几乎接近原来母脉冲的能量。脉冲间隔可以通过调节谐 振腔的长度L和脉冲在腔内振荡的次数II按需进行调节。具有调节精确,简单方便， 容易控制等优点。对于待分束的激光脉冲宽度为皮秒至飞秒的脉冲，腔长L随所需脉冲间隔而定；而当待分束的激光脉冲宽度为十几纳秒时，要分开两个脉冲，对应腔长L的数 值较大。本实用新型的装置，对于非线偏振光激光脉冲的分束同样适用(a) 对于圆偏振光激光脉冲，先用一片1 / 4波片将圆偏振光转换为线偏振光， 再用本实用新型的装置进行分束。如需输出为圆偏振光时，可再用一 1/4波片将输出线偏振激光脉冲列转换为圆偏振光。(b) 对于椭圆偏振光激光脉冲，先用一片合适相位延迟的波片将椭圆偏振光 转换为线偏振光，再用本实用新型的装置进行分束。如需输出仍为椭圆偏振光时， 可再用一片同样延迟的波片将输出线偏振激光脉冲列转换为椭圆偏振光。(c) 对于非偏振光激光脉冲，本实用新型的方法和装置同样适用分束，不过， 激光脉冲在通过法拉第光隔离器时会损失一部分能量，但输出仍为两个线偏振激光 脉冲c附圃说明
图1是本实用新型激光脉冲分束调节器的结构示意图图3为在电光晶体腔内泡克耳斯盒上所施加的脉冲电压波形图图4为利用本实用新型装置产生的两脉冲的实例图。图中l一线偏振激光脉冲2— 第一偏振器3— 法拉第旋光器 4一第二偏振器5— 电光晶体泡克耳斯盒6— 第一全反射镜7— 第二全反射镜8— 输出子脉冲列的方向 9一法拉第光隔离器10—无源法布里一 珀罗谐振腔 ll一第二全反射镜平动方向 21 —同歩信号22— 同歩延时器23— 第一驱动器24— 第一直流高压电源25— 电阻26— 电容27— 第二直流高压电源28— 第二驱动器31— 加在电光晶体泡克耳斯盒的第一 电极上的第一直流高压脉冲电压波形32— 加在电光晶体泡克耳斯盒的第二电极上的第二直流髙压脉冲电压波形33— 实际上加在电光晶体泡克耳斯盒上的组合脉冲电压波形具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型作进一歩说明，但不应以此限制本实用新 型的保护范围。先请参阅
图1和图2，
图1是本实用新型脉冲间隔可调的线偏振激光双脉冲的 分束装置的结构示意图，图2为在无源法布虽一珀罗谐振腔内的电光晶体泡克耳斯 盒的两个电极上施加脉冲电压的电路结构框图，由图可见，本实用新型脉冲间隔可 调的线偏振激光双脉冲的分束装置的构成是在同一光轴上依次设有第一偏振器2、 法拉第旋光器3、第二偏振器4、电光晶体泡克耳斯盒5和第一全反射镜6，所述的 第一偏振器2与第二偏振器4的透过轴成45° ，所述的第一偏振器2、法拉第旋光 器3和第二偏振器4构成一法拉第光隔离器，在所述的第二偏振器4的反射光方向 是一可沿光束方向垂直移动的第二全反射镜7，所述的第一全反射镜6、电光晶体泡克耳斯盒5、第二偏振器4和第二全反射镜7构成一无源的法布里一珀罗谐振腔 10。在所述的电光晶体泡克耳斯盒5的两极上施加脉冲电压的电路构成是 一同步 信号21接同步延时器22的输入端，该同步延时器22是一单输入的具有不同延时 的且延时可调的双输出的同步延时器，该同步延时器22的第一输出端接第一驱动 器23,该同步延时器22的第二输出端接第二驱动器28,第一直流高压电源24通 过所述的第一驱动器23接所述的电光晶体泡克耳斯盒5的第一电极，为所述的电 光晶体泡克耳斯盒5提供第一直流高压Fi，第二直流高压电源27通过所述的第二 驱动器28接所述的电光晶体泡克耳斯盒5的第二电极，为所述的电光晶体泡克耳斯盒5提供第二直流高压^ = ^ /4 。所述的同步延时器22加在第一驱动器23和第二驱动器28的信号是有先后顺序 的，如图3所示的t!和tn^时刻。h、 tn-,相对于fe是可以连续调节的。利用同步延 时器22进行连续调节，电压波形31是第一直流高压电源24通过所述的第一驱动器 23接所述的电光晶体泡克耳斯盒5的第一电极，为所述的电光晶体泡克耳斯盒5提 供第一直流髙压Fi的电压波形，电压波形32是第二直流高压电源27通过所述的第 二驱动器28接所述的电光晶体泡克耳斯盒5的第二电极，为所述的电光晶体泡克耳 斯盒5提供第二直流高压P-^/4的电压波形。实际上电光晶体泡克耳斯盒5两端得到的驱动电压波形是前两者的差值，即电压波形33 ， tb是施加在所述的电光晶体 泡克耳斯盒5的第一电极上的电压波形31的起始时刻。利用所述的分束装置，获得具有光轴、传播方向和偏振方向相同的、脉冲间隔可调的双脉冲光束的方法的过程如下因为所述的法拉第光隔离器9是一种单向通过的光学部件正向(如图l中从 左向右)入射的线偏振激光可以无损耗地通过法拉第光隔离器，但反向(图中从右 向左)入射的光不能通过法拉第光隔离器从原入射光路出射，而偏离原入射方向而 沿8出射。含有电光晶体泡克耳斯盒5的无源的法布里一珀罗谐振腔由第二偏振器4、电 光晶体泡克耳斯盒5、第一全反射镜6和第二全反射镜7构成。第一全反射镜6，第 二全反射镜7分别与入射光线垂直，如此构成一个谐振腔。当电光晶体泡克耳斯盒 5上未施加电压时，以某种方法陷进腔内的激光脉冲可以在谐振腔10中来回振荡， 不能输出。设线偏振激光母脉冲1的总能量为W,要分成两个同光轴，相同传播方向，且
脉冲间隔、脉冲能量比可按需调节的子脉冲，具体操作步骤如下i)化时刻在电光晶体泡克耳斯盒5加一电压Vi。令激光母脉冲1的偏振方向与 第一偏振器2的透射轴的方向一致，通过第一偏振器2和法拉第旋光器3后，激光 偏振方向被旋转45度，而与第二偏振器4的透射轴一致，无损耗地通过第二偏振器 4。激光母脉冲1通过加有Vi电压的电光晶体泡克耳斯盒5往返两次后，偏振态发 生变化，变成椭圆偏振光，此椭圆偏振的母脉冲在第二偏振器4上分解为两个互相 垂直的偏振分量s偏振分量和p偏振分量。其中p偏振分量反向通过第二偏振器4 和法拉第旋光器3,被第一偏振器反射而沿8所示方向传播，由此输出了第1个子 脉冲p,其能量为WTi。在此，定义腔的能量倒出率Ti为腔内椭圆偏振光中p偏振分量的能量Wp与椭 圆偏振光总能量We的比值，该数值由电光晶体泡克耳斯盒5上所加电压Vi所决定:Ti-cos2[8 (Vi) /2〗 (a)该电光晶体泡克耳斯盒5所产生的对应的延迟量为ii) 母脉冲1通过加有Vi电压的电光晶体泡克耳斯盒5往返两次后的ti时刻， 退去加在电光晶体泡克耳斯盒5上的电压，即Vi-O。携带剩余能量W(l-Ti)的s偏 振分量脉冲被第二偏振器4反射进谐振腔10进行振荡。iii) s偏振分量的脉冲在腔内振荡了 (n—1)次后，紧接着在t^时刻，给泡克 耳斯盒5上加电压Vx / 4,其中Vx为电光晶体泡克耳斯盒5对应该激光波长的全波 电压值，tn-「t,+2L (n—1) /c,其中L为第一全反射镜6与第二全反射镜7之间 的有效光程长，c为光速。则携带剩余能量比例为(l一Ti)的s偏振分量的脉冲， 在腔内振荡n次后的tn时刻，全部透过第二偏振器4。由此获得了第二个激光子脉 冲s。该脉冲s的出射方向与第一个子脉冲p的出射方向相同。两个脉冲的时间间隔为t =2Ln/c，可以通过调节谐振腔的腔长L (全反射镜7 可以沿腔的轴线移动，在图中11用双箭头表示)和脉冲在腔内振荡的次数n加以控 制，在本实用新型装置上可通过同步延时器22来调整，两个脉冲的能量比是由取 Vi的数值确定的，即由第一直流高压电源24的输出来调节。采用本实用新型的装置和方法,将一个由Nd:YAG激光器产生的15ns的1064nm 激光脉冲，按
图1所示的方式输进由法拉第光隔离器9、泡克耳斯盒5和第一全反 射镜6和第二全反射镜7组成的装置。取谐振腔长度L约为4.8米，脉冲在腔内往 返一次所用的时间T约为32ns。把一个脉冲分为能量相等，脉冲间隔分别为32ns的 双脉冲。输出间隔32ns双脉冲的结果如图4所示。
权利要求1、一种脉冲间隔可调的线偏振激光双脉冲的分束装置，特征在于该装置的构成是在同一光轴上依次设有第一偏振器(2)、法拉第旋光器(3)、第二偏振器(4)、电光晶体泡克耳斯盒(5)和第一全反射镜(6)，所述的第一偏振器(2)与第二偏振器(4)的透过轴成45°，所述的第一偏振器(2)、法拉第旋光器(3)和第二偏振器(4)构成一法拉第光隔离器，在所述的第二偏振器(4)的反射光方向是一可沿光束方向垂直移动的第二全反射镜(7)，所述的第一全反射镜(6)、电光晶体泡克耳斯盒(5)、第二偏振器(4)和第二全反射镜(7)构成一无源的法布里-珀罗谐振腔(10)，在所述的电光晶体泡克耳斯盒(5)的两极上分别施加间隔可控、幅度可调的脉冲电压。
2、 根据权利要求1所述的脉冲间隔可调的线偏振激光双脉冲的分束装置，其 特征在于所述的电光晶体泡克耳斯盒(5)的两极上分别施加间隔可控、幅度可调 的脉冲电压的电路构成是 一同步信号(21)接同步延时器(22)的输入端，该同 步延时器(22)是一单输入的具有不同延时的且延时可调的双输出同步延时器，该 同步延时器(22)的第一输出端接第一驱动器(23)，该同步延时器(22)的第二 输出端接第二驱动器(28)，第一直流髙压电源(24)通过所述的第一驱动器(23) 接所述的电光晶体泡克耳斯盒(5)的第一电极，为所述的电光晶体泡克耳斯盒(5) 提供第一直流高压K，第二直流髙压电源(27)通过所述的第二驱动器(28)接所 述的电光晶体泡克耳斯盒(5)的第二电极，为所述的电光晶体泡克耳斯盒(5)提 供第二直流髙压^ =巳/4。
3、 根据权利要求1所述的脉冲间隔可调的线偏振激光双脉冲的分束装置，其 特征在于所述的电光晶体泡克耳斯盒(5)的电光晶体是IOyP、 KDP、或铌酸锂晶 体。
4、 根据权利要求1所述的脉冲间隔可调的线偏振激光双脉冲的分束装置，其 特征在于所述的法拉第光隔离器(9)是恒磁式的或电磁式驱动的。
5、 根据权利要求1至4任一项所述的脉冲间隔可调的线偏振激光双脉冲的分 束装置，其特征在于所述的第一偏振器(2)和第二偏振器(4)是薄膜偏振器，或 是由方解石、石英、钒酸钇的双折射晶体制成的偏振棱镜。
专利摘要一种脉冲间隔可调的线偏振激光双脉冲的分束装置，属于激光元器件，主要用于将一个线偏振激光脉冲分成同光轴、相同传播方向和同一偏振方向的、脉冲间隔可按需调节的、能量比例可控的双脉冲。该装置由一个法拉第光隔离器和一个包含有电光晶体泡克耳斯盒的无源法布里-珀罗谐振腔和电光晶体泡克耳斯盒电源组成。本实用新型具有调节精确，简单方便，容易控制等优点。
文档编号G02F1/03GK201044024SQ200720066269
公开日2008年4月2日 申请日期2007年1月12日 优先权日2007年1月12日
发明者冯伟伟, 张秉钧, 林礼煌, 王文耀 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所