一种基于循环腔的可控脉冲分裂装置及方法

本发明属于光电子及激光，更具体地，涉及一种基于循环腔的可控脉冲分裂装置及方法。

背景技术：

1、脉冲分裂是产生超短脉冲的一种重要技术，而超短激光脉冲的形成是一个活跃的研究领域。潜在的应用包括化学反应的相干控制、电信的脉冲序列生成、生成大振幅等离子体波、驱动各种加速器物理应用的光电发射电子源、原子、分子和固体的多脉冲激发以及对太赫兹辐射的产生。

2、脉冲可以通过使用调制器直接在时域内形成，然而，没有一种电子设备可以在皮秒或飞秒的时间尺度上运行。在光谱领域的脉冲整形技术已经被发展来形成超快脉冲。使用其中一种技术，入射脉冲的光谱内容被分散在空间中，每个频率分量被映射到一个平面上的一个唯一位置。通过在平面上放置掩模或空间光调制器(spatial light modulator，slm)(液晶、声光或可变形镜，可以控制或修改每个光谱分量的相位或振幅)。虽然在原则上，提供了对脉冲频谱的完全控制，并提供了产生任意形状的能力。但是，实验设置相对复杂，错位会产生电场的时空扭曲。在另一种基于双折射晶体声光相互作用的方法中，输入脉冲沿普通轴极化，并与多色声波相互作用，在沿传播方向的不同位置，不同的频率分量满足相位匹配条件，它们的偏振向特殊轴旋转。该设置比基于slm的设置更简单，并且不引入时空失真。

3、然而，现有技术的装置及控制方法中，脉冲的数量仍由波片数量决定，产生大量脉冲时需要更多的波片，且对每个波片的材质以及厚度都要求一致。其次，脉冲间的时间间隔由波片厚度决定，产生大间隔脉冲时需要极厚的波片在实际操作中难以实现。同时，脉冲串的振幅由波片夹角控制，产生等振幅脉冲串需要大量的计算，实验装置会相当繁杂，不适用于产生多脉冲大间隔的等振幅脉冲。

技术实现思路

1、针对相关技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于循环腔的可控脉冲分裂装置及方法，旨在解决现有技术中时延控制依赖波片尺寸且脉冲控制系统结构复杂操作繁琐问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于循环腔的可控脉冲分裂装置，包括：激光器、偏振片以及循环腔系统；所述循环腔系统包括m个循环腔，m为大于等于1的正整数；所述循环腔由四个全反射镜、声光调制器和相位延迟器组成，用于将射向反射镜的光在循环腔内进行相位延迟和循环反射；

3、所述声光调制器和相位延迟器均设置在循环腔内的光路上，所述激光器、偏振片和声光调制器均设置在同一光路上；

4、所述激光器用于产生高斯光束；所述偏振片用于将高斯光束变为线偏振光；所述声光调制器用于在工作状态下使得线偏振光偏转进入循环腔中，或者，使得循环腔中的光脉冲偏转出射；

5、所述相位延迟器用于使经过的偏振光产生相位延迟，变为两束互相垂直的等振幅光脉冲；

6、所述声光调制器还用于在关闭状态下使得光脉冲在循环腔内循环反射，每经过一次所述相位延迟器，光脉冲之间的时间间隔增加δτ；

7、不同循环腔的相位延迟器的参数不同，多个所述循环腔用于将光脉冲分束为预设数量的等振幅光脉冲串。

8、可选的，所述相位延迟器为波片或电光调制器。

9、可选的，当所述相位延迟器为波片时，m个循环腔依次设置，所述光脉冲在每个循环腔内循环的次数为预设循环次数，所述预设循环次数均为n；

10、每一个所述波片的材料与厚度均相同，光脉冲间的时间间隔固定为δτ＝δn·d/c，其中，d为波片厚度，c为光速；

11、每一个所述波片的快轴与所述偏振片的夹角根据振幅要求进行设定；装置输出的光脉冲串包含m+1个光脉冲；其中，当输出的光脉冲串不要求振幅相等时，相邻波片的快轴与偏振片的夹角不同；当输出的光脉冲串需要振幅相等时，则根据脉冲数量计算夹角。

12、可选的，当所述相位延迟器为波片时，m个循环腔依次设置，所述光脉冲在每个循环腔内循环的次数为预设循环次数，所述预设循环次数按等比数列设置，依次为n、n/2、n/4、......n/2m-1；

13、所述波片的快轴与所述偏振片的夹角依次按45°和0°间隔设置；装置输出的等振幅光脉冲串包含2m个光脉冲。

14、可选的，当所述相位延迟器为电光调制器时，所述循环腔的数量为1个；

15、所述电光调制器用于在所述光脉冲在所述循环腔中完成预设循环次数的循环后，改变与偏振片的夹角，从而构成另一个循环腔。

16、可选的，每个所述波片与所述偏振片的夹角用于确定光脉冲的振幅；所述循环腔的循环次数用于确定光脉冲之间的间隔。

17、可选的，所述循环腔系统为两个循环腔和四个全反射镜组成；

18、第一循环腔和第二循环腔依次排列，在两个循环腔的外围设置四个相互之间夹角为90°的全反射镜，所述循环腔系统用于将从第二循环腔射出的光脉冲依次经过四个全反射镜再次进入第一循环腔，使之在两个循环腔之间循环。

19、第二方面，本发明还提供了一种基于循环腔的可控脉冲分裂方法，应用于如第一方面中任一所述的基于循环腔的可控脉冲分裂装置，包括：

20、控制激光器产生高斯光束，所述高斯光束经过偏振片变为线偏振光；

21、控制声光调制器处于工作状态，使得线偏振光偏转进入循环腔系统的循环腔中；

22、所述偏振光经过相位延迟器产生相位延迟，变为两束互相垂直的等振幅光脉冲；

23、控制所述声光调制器处于关闭状态，使得光脉冲在循环腔内循环反射，每经过一次所述相位延迟器，光脉冲之间的时间间隔增加δτ；

24、控制声光调制器处于工作状态，使得循环腔中的光脉冲偏转出射，并进入循环腔系统中的其他循环腔，其中，不同循环腔的相位延迟器的参数不同；

25、所述光脉冲经过多个循环腔后分束为预设数量的等振幅光脉冲串，经由所述声光调制器输出所述循环腔系统。

26、可选的，所述相位延迟器采用波片或电光调制器；

27、当相位延迟器采用波片时，不同循环腔中的波片与偏振片的角度按预设角度进行设置；

28、当相位延迟器采用电光调制器时，所述循环腔的数量为1个；所述电光调制器在光脉冲在循环腔中完成预设循环次数的循环后，改变与偏振片的夹角，构成另一个循环腔。

29、通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

30、1、本发明实施例提供的一种基于循环腔的可控脉冲分裂装置，可通过多个循环腔构成的循环腔系统实现脉冲的等振幅分裂，循环腔中的相位延迟器使经过的线偏振光产生相位延迟，变为两束互相垂直的等振幅光脉冲，光脉冲经过多个循环腔后，得到预设数量的等振幅光脉冲串，每一个光束的振幅都大小一致；进一步的，通过设置波片与偏振片的夹角改变光脉冲的振幅，通过改变波片的数量改变光脉冲的数量，通过设置循环腔的循环次数改变光脉冲之间的间隔；解决了现有技术存在的脉冲串难以控制的问题。

31、2、本发明实施例提供的一种基于循环腔的可控脉冲分裂装置，相位延迟器可以采用波片或电光调制器，当采用电光调制器时，仅采用一个循环腔即可构建循环腔系统，从而搭建脉冲分裂系统，解决了传统分裂方法需要波片较多且需要严格控制波片厚度的问题，只需控制电压时间轴即可实现脉冲分裂；在需要脉冲间隔较大时，对应的波片厚度也需要较厚，而实际采用的波片厚度有限，无法精准实现脉冲间隔需求，但是在本装置中加入循环系统能有效解决时延受波片厚度制约的问题，装置结构简单，更容易实现，性价比更高。

32、3、本发明实施例提供的一种基于循环腔的可控脉冲分裂装置，只需控制电信号即可改变波片双折射方向或电光调制器与偏振片的夹角，就可以控制脉冲数量，控制腔内循环次数就可以控制脉冲间距，有效地减少了在搭建器件的工作量，可以更有效的控制脉冲串的间隔。