一种时空分布可调的超短激光脉冲分束方法及装置制造方法
【专利摘要】一种时空分布可调的超短激光脉冲分束方法及装置。该装置由四组楔形双折射晶体对、两片双折射晶体和一个二分之一波片组成，按照两组楔形双折射晶体对和一片双折射晶体的顺序交错放置，二分之一波片放置在第一片双折射晶体之后。每组楔形双折射晶体对由两片楔角相同的楔形双折射晶体倒扣在一起组成，两片楔形双折射晶体的光轴方向互相垂直且在与入射光线垂直的法平面内，每片双折射晶体的光轴都与毗邻的前一片楔形双折射晶体的光轴一致，楔形双折射晶体的厚度由其楔角大小决定。装置可将单一超短激光脉冲分成四个传播路径平行且方向与入射光一致、脉冲间隔均等、能量均等的子脉冲。本发明原理上没有能量损失，能量均分到各个子脉冲中。
【专利说明】—种时空分布可调的超短激光脉冲分束方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于脉冲数字全息【技术领域】，主要解决超快现象泵浦探测技术中多个探测脉冲的产生。
【背景技术】
[0002]在利用脉冲数字全息术对超快瞬态过程进行探测的过程中，可在极短的时间内对超快变化的物场进行多次曝光，从而可将物光脉冲串和参考光脉冲串干涉所得到的多幅全息图记录在CCD光敏面上。超快过程的时间间隔一般在纳秒级或更短的时间范围内，而目前CCD所能达到的技术尚不能使其帧频与之匹配，因此要利用角分复用技术将多幅超快过程的全息干涉条纹记录在CCD同一帧图像上，为获得超快瞬态过程不同时间分辨的变化过程，需要多个传播方向各不相同且具有等光程差的探测脉冲。现有的分束技术方法中，仅有通过分光平片和反射镜组合的方法获得探测脉冲，这种方法获得的子脉冲串的能量利用率低，效率不超过50%，且系统复杂，稳定性差。因此，目前尚无高效、结构简单的时空分布可调的多脉冲分束方法。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是解决现有方法获得的子脉冲的能量利用率不高、结构复杂且不稳定以及脉冲传播方向不固定的问题，依据脉冲数字全息技术的角分复用全息的要求，提供一种时空分布可调的脉冲间隔相等的超短激光脉冲分束方法及装置。该装置可以将一个超短激光脉冲经过本分束装置后，产生分别位于矩形四个顶点的四个传播方向相同、脉冲间隔相等、能量均等的子脉冲，能量利用率高，大于90%。
[0004]本发明方法设计了采用四组楔形双折射晶体对、两片双折射晶体和一个二分之一波片实现脉冲时空分布可调的分束结构，两组上下倒扣组合在一起的楔形双折射晶体对实现竖直方向脉冲分束的示意图如图1所示，两组前后倒扣组合在一起的楔形双折射晶体对实现水平方向脉冲分束的示意图如图2所示，两片双折射晶体分别实现两次不同时间的脉冲延迟的示意图如图3所示。
[0005]本发明提供的时空分布可调的等脉冲间隔的超短激光脉冲分束方法的具体步骤是:
第1、通过第一组楔形双折射晶体对将一个超短激光脉冲分成两个偏振方向相互垂直且传播方向在竖直方向上有分离角的脉冲，再通过第二组楔形双折射晶体对使得出射的两个脉冲传播路径彼此平行且与入射光方向一致，分束后得到的两个脉冲通过第一片双折射晶体实现时间延迟，调节得到需要的脉冲间隔At= Lfc，其中，L为两个脉冲的光程差，c = 3xlOsm/s ;两个脉冲通过二分之一波片后，使两个脉冲的偏振方向与第三组楔形双折射晶体对的前一片楔形双折射晶体的光轴成45度角，在通过第三、第四组楔形双折射晶体对后两个脉冲再次进行分束，分别得到水平方向上的两个脉冲，再通过第二组双折射晶体实现时间延迟，延迟后得到的脉冲间隔是第一次获得的脉冲间隔的二倍，则得到分布在矩形的四个顶点上的毗邻脉冲间隔相等的四个脉冲；
第2、确定楔形双折射晶体对的厚度与楔角，以及第一、第二组和第三、第四组楔形双折射晶体对之间的距离；
四组楔形双折射晶体对的大小和斜角均相同。由图1可知，楔形双折射晶体对的确定，要根据出射后的两脉冲在竖直方向上的偏移量与楔形双折射晶体对的厚度久斜角β及两组楔形双折射晶体对之间的距离^的关系式(1)，两脉冲在竖直方向上的分束角α与楔形双折射晶体对的楔角β的关系式(2)，以及通光孔径//与楔形双折射晶体对的厚度D和楔角β的关系式(3)，这三个关系式，计算出楔形双折射晶体对的厚度久两组楔形双折射晶体对之间的距离S和楔角β的大小，其中α、和"是已知量，根据实际需要确定；
【权利要求】
1.一种时空分布可调的超短激光脉冲分束方法，其特征在于该方法包括: 第1、通过第一组楔形双折射晶体对将一个超短激光脉冲分成两个偏振方向相互垂直且传播方向在竖直方向上有分离角的脉冲，再通过第二组楔形双折射晶体对使得出射的两个脉冲传播路径彼此平行且与入射光方向一致，分束后得到的两个脉冲通过第一片双折射晶体实现时间延迟，调节得到需要的脉冲间隔At= Lf c，其中，Z为两个脉冲的光程差，c = 3x108w/s ;两个脉冲通过二分之一波片后，使两个脉冲的偏振方向与第三组楔形双折射晶体对的前一片楔形双折射晶体的光轴成45度角，在通过第三、第四组楔形双折射晶体对后两个脉冲再次进行分束，分别得到水平方向上的两个脉冲，再通过第二组双折射晶体实现时间延迟，延迟后得到的脉冲间隔是第一次获得的脉冲间隔的二倍，则得到分布在矩形的四个顶点上的毗邻脉冲间隔相等的四个脉冲；第2、确定楔形双折射晶体对的厚度与楔角，以及第一、第二组和第三、第四组楔形双折射晶体对之间的距离； 四组楔形双折射晶体对的大小和斜角均相同； 楔形双折射晶体对的确定，要根据出射后的两脉冲在竖直方向上的偏移量与楔形双折射晶体对的厚度久斜角β及两组楔形双折射晶体对之间的距离^的关系式(1)，两脉冲在竖直方向上的分束角α与楔形双折射晶体对的楔角β的关系式(2)，以及通光孔径"与楔形双折射晶体对的厚度D和楔角β的关系式(3)，这三个关系式，计算出楔形双折射晶体对的厚度队两组楔形双折射晶体对之间的距离S和楔角β的大小，其中α、Λ"和"是已知量，根据实际需要确定；
2.一种实现权利要求1所述方法的时空分布可调的超短激光脉冲分束装置，其特征在于该装置包括:四组楔形双折射晶体对、两片双折射晶体和一个二分之一波片: 四组楔形双折射晶体对的大小和楔角均相同，楔形双折射晶体对的厚度由它的楔角和通光孔径确定，每组楔形双折射晶体对中的两片楔形双折射晶体始终保持紧密接触；两片双折射晶体的厚度不等； 该分束装置的组装结构是: 第一、第二组楔形双折射晶体对由两片楔形双折射晶体倒扣在一起组成竖直分束单元，第三、第四组楔形双折射晶体对放置方式是将第一、第二组沿着与入射光线垂直的平面旋转90度，组成水平分束单元；两片双折射晶体按厚度由小到大分别放在竖直分束单元与水平分束单元后边，实现时间延迟作用；二分之一波片放在第一片双折射晶体后边，用于改变偏振方向。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述的各楔形双折射晶体对的接触斜面上分别镀有增透膜。
【文档编号】G02B27/10GK103823309SQ201410089655
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】杨勇, 马忠洪, 孙旭娜, 徐振新, 盖琦, 翟宏琛 申请人:南开大学