專利名稱：脈沖間隔可調(diào)的線偏振激光雙脈沖的分束裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光，特別是一種脈沖間隔可調(diào)的線偏振激光雙脈沖的分束裝 置，該裝置可將一個(gè)有限脈沖寬度的線偏振激光脈沖(波長(zhǎng)在近紫外至近紅外范圍 內(nèi))分成具有光軸、傳播方向和偏振方向相同的、脈沖間隔可按需調(diào)節(jié)的雙脈沖。背彔技術(shù)在激光應(yīng)用中，常常需要將一個(gè)線偏振的激光脈沖(記為"母脈沖")分成 具有光軸、傳播方向和偏振方向相同的，脈沖間隔和分束比例可調(diào)的兩個(gè)子脈沖。一般來說，分束法通常是使用適當(dāng)透過率的分束鏡和全反射鏡的組合來完成 的。分束鏡的分束比例是固定的，不同的分束比例要更換分束鏡；而要獲得同光軸， 相同的傳播方向和同一偏振方向，且脈沖間隔和脈沖能量比可以任意調(diào)節(jié)的兩個(gè)子 脈沖，其調(diào)節(jié)工作復(fù)雜繁瑣，分束系統(tǒng)穩(wěn)定性差，并且整個(gè)分束過程會(huì)導(dǎo)致?lián)p失母 脈沖的一半能量。已有的技術(shù)中，尚未見能夠不損失母脈沖的一半能量的同光軸、相同傳播方向和同一偏振方向的分束方法。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是要提供一種脈沖間隔可調(diào)的線偏振激光雙脈沖的分束裝 置，該裝置可以將一個(gè)線偏振激光脈沖分成兩個(gè)具有光軸、傳播方向和偏振方向相 同的，且脈沖間隔、脈沖能量比可按需調(diào)節(jié)的子脈沖。本實(shí)用新型裝置占用空間小、 原理上分成子脈沖過程中不存在光束能量損失，具有調(diào)節(jié)精確，簡(jiǎn)單方便，容易控 制等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下一種脈沖間隔可調(diào)的線偏振激光雙脈沖的分束裝置，該裝置的構(gòu)成是在同一光 軸上依次設(shè)有第一偏振器、法拉第旋光器、第二偏振器、電光晶體泡克耳斯盒和 第一全反射鏡，所述的第一偏振器與第二偏振器的透過軸成45。，所述的第一偏振 器、法拉第旋光器和第二偏振器構(gòu)成一法拉第光隔離器，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動(dòng)的第二全反射鏡，所述的第一全反射鏡、電 光品體泡克耳斯盒、第二偏振器和第二全反射鏡構(gòu)成一無源的法布里一珀羅諧振 腔，在所述的電光晶體泡克耳斯盒的兩極上分別施加間隔可控、幅度可調(diào)的脈沖電 壓。所述的電光晶體泡克耳斯盒的兩極上分別施加間隔可控、幅度可調(diào)的脈沖電壓 的電路構(gòu)成是 一同步信號(hào)接同步延時(shí)器的輸入端，該同步延時(shí)器是一單輸入的具 有不同延時(shí)的且延時(shí)可調(diào)的雙輸出同步延時(shí)器，該同步延時(shí)器的第一輸出端接第一 驅(qū)動(dòng)器，該同步延時(shí)器的第二輸出端接第二驅(qū)動(dòng)器，第一直流高壓電源通過所述的 第一驅(qū)動(dòng)器接所述的電光晶體泡克耳斯盒的第一電極，為所述的電光晶體泡克耳斯盒提供第一直流髙壓Fi,第二直流高壓電源通過所述的第二驅(qū)動(dòng)器接所述的電光晶 體泡克耳斯盒的第二電極，為所述的電光晶體泡克耳斯盒提供第二直流高壓所述的電光晶體泡克耳斯盒的電光晶體是KD'P、 KDP、或鈮酸鋰晶體。 所述的法拉第光隔離器是恒磁式的或電磁式驅(qū)動(dòng)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、釩酸乾 的雙折射晶體制成的偏振棱鏡。利用上述分束裝置，獲得具有光軸、傳播方向和偏振方向相同的、脈沖間隔可 調(diào)的雙脈沖光束的方法，特征在于包括下列步驟① 在td時(shí)刻在所述的電光晶體泡克耳斯盒的第一電極上施加第一直流高壓R, —個(gè)線偏振激光脈沖通過第一偏振器輸入、經(jīng)法拉第旋光器和第二偏振器，由第一 全反射鏞反射，兩次經(jīng)過所述的電光晶體泡克耳斯盒后，被第二偏振器按能量倒出 率K倒出第1個(gè)撖光子脈沖p，該第1個(gè)激光子脈沖/ 透過第二偏振器反向通過法 拉第旋光器，被第一偏振器反射偏離入射方向而傳播，所述的倒出率r,=cos2[S(K)/2，式中#:>^為加有^電壓的電光晶體泡克耳斯盒所對(duì)應(yīng)的延遲量，K為電光晶體泡克耳斯盒所對(duì)應(yīng)激光波長(zhǎng)的全波電壓值；② 緊接著在t,時(shí)刻，退去加在電光晶體泡克耳斯盒上的電壓，即K-O,攜帶 剩余能量比例為(1一7P的撖光脈沖s被第二偏振器反射，在所述的諧振腔內(nèi)振蕩；③ 在激光脈沖s在腔內(nèi)振蕩了 (n-l)次后，緊接著在V!時(shí)刻，再給電光晶 體泡克耳斯盒的第二電極上加第二直流髙壓F = & /4,則在激光脈沖s在腔內(nèi)振蕩 n次后的l^時(shí)刻，腔內(nèi)脈沖全部透過第二偏振器，該脈沖透過第二偏振器反向通過
法拉第旋光器，被第一偏振器反射偏離入射方向而傳播第二個(gè)激光子脈沖J,該第2個(gè)激光子脈沖s與所述的第1個(gè)激光子脈沖p具有光軸、傳播方向和偏振方向相 同的脈沖。本實(shí)用新型的技術(shù)效果如下由以上所述可知，利用本實(shí)用新型脈沖間隔可調(diào)的線偏振激光雙脈沖的分束裝 置，可以將一個(gè)線偏振激光脈沖分成兩個(gè)具有光軸、傳播方向和偏振方向相同的， 且脈沖間隔、脈沖能量比可按需調(diào)節(jié)的沖。本實(shí)用新型裝置占用空間小、原理上分成子脈沖過程中不存在光束能量損失， 產(chǎn)生的兩子脈沖的能量之和幾乎接近原來母脈沖的能量。脈沖間隔可以通過調(diào)節(jié)諧 振腔的長(zhǎng)度L和脈沖在腔內(nèi)振蕩的次數(shù)II按需進(jìn)行調(diào)節(jié)。具有調(diào)節(jié)精確,簡(jiǎn)單方便， 容易控制等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于待分束的激光脈沖寬度為皮秒至飛秒的脈沖，腔長(zhǎng)L隨所需脈沖間隔而定；而當(dāng)待分束的激光脈沖寬度為十幾納秒時(shí)，要分開兩個(gè)脈沖，對(duì)應(yīng)腔長(zhǎng)L的數(shù) 值較大。本實(shí)用新型的裝置，對(duì)于非線偏振光激光脈沖的分束同樣適用(a) 對(duì)于圓偏振光激光脈沖，先用一片1 / 4波片將圓偏振光轉(zhuǎn)換為線偏振光， 再用本實(shí)用新型的裝置進(jìn)行分束。如需輸出為圓偏振光時(shí)，可再用一 1/4波片將輸出線偏振激光脈沖列轉(zhuǎn)換為圓偏振光。(b) 對(duì)于橢圓偏振光激光脈沖，先用一片合適相位延遲的波片將橢圓偏振光 轉(zhuǎn)換為線偏振光，再用本實(shí)用新型的裝置進(jìn)行分束。如需輸出仍為橢圓偏振光時(shí)， 可再用一片同樣延遲的波片將輸出線偏振激光脈沖列轉(zhuǎn)換為橢圓偏振光。(c) 對(duì)于非偏振光激光脈沖，本實(shí)用新型的方法和裝置同樣適用分束，不過， 激光脈沖在通過法拉第光隔離器時(shí)會(huì)損失一部分能量，但輸出仍為兩個(gè)線偏振激光 脈沖c附圃說明


圖1是本實(shí)用新型激光脈沖分束調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖圖3為在電光晶體腔內(nèi)泡克耳斯盒上所施加的脈沖電壓波形圖圖4為利用本實(shí)用新型裝置產(chǎn)生的兩脈沖的實(shí)例圖。圖中l(wèi)一線偏振激光脈沖2— 第一偏振器3— 法拉第旋光器 4一第二偏振器5— 電光晶體泡克耳斯盒6— 第一全反射鏡7— 第二全反射鏡8— 輸出子脈沖列的方向 9一法拉第光隔離器10—無源法布里一 珀羅諧振腔 ll一第二全反射鏡平動(dòng)方向 21 —同歩信號(hào)22— 同歩延時(shí)器23— 第一驅(qū)動(dòng)器24— 第一直流高壓電源25— 電阻26— 電容27— 第二直流高壓電源28— 第二驅(qū)動(dòng)器31— 加在電光晶體泡克耳斯盒的第一 電極上的第一直流高壓脈沖電壓波形32— 加在電光晶體泡克耳斯盒的第二電極上的第二直流髙壓脈沖電壓波形33— 實(shí)際上加在電光晶體泡克耳斯盒上的組合脈沖電壓波形具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一歩說明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用新 型的保護(hù)范圍。先請(qǐng)參閱
圖1和圖2，
圖1是本實(shí)用新型脈沖間隔可調(diào)的線偏振激光雙脈沖的 分束裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為在無源法布雖一珀羅諧振腔內(nèi)的電光晶體泡克耳斯 盒的兩個(gè)電極上施加脈沖電壓的電路結(jié)構(gòu)框圖，由圖可見，本實(shí)用新型脈沖間隔可 調(diào)的線偏振激光雙脈沖的分束裝置的構(gòu)成是在同一光軸上依次設(shè)有第一偏振器2、 法拉第旋光器3、第二偏振器4、電光晶體泡克耳斯盒5和第一全反射鏡6，所述的 第一偏振器2與第二偏振器4的透過軸成45° ，所述的第一偏振器2、法拉第旋光 器3和第二偏振器4構(gòu)成一法拉第光隔離器，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動(dòng)的第二全反射鏡7，所述的第一全反射鏡6、電光晶體泡克耳斯盒5、第二偏振器4和第二全反射鏡7構(gòu)成一無源的法布里一珀羅諧振腔 10。在所述的電光晶體泡克耳斯盒5的兩極上施加脈沖電壓的電路構(gòu)成是 一同步 信號(hào)21接同步延時(shí)器22的輸入端，該同步延時(shí)器22是一單輸入的具有不同延時(shí) 的且延時(shí)可調(diào)的雙輸出的同步延時(shí)器，該同步延時(shí)器22的第一輸出端接第一驅(qū)動(dòng) 器23,該同步延時(shí)器22的第二輸出端接第二驅(qū)動(dòng)器28,第一直流高壓電源24通 過所述的第一驅(qū)動(dòng)器23接所述的電光晶體泡克耳斯盒5的第一電極，為所述的電 光晶體泡克耳斯盒5提供第一直流高壓Fi，第二直流高壓電源27通過所述的第二 驅(qū)動(dòng)器28接所述的電光晶體泡克耳斯盒5的第二電極，為所述的電光晶體泡克耳斯盒5提供第二直流高壓^ = ^ /4 。所述的同步延時(shí)器22加在第一驅(qū)動(dòng)器23和第二驅(qū)動(dòng)器28的信號(hào)是有先后順序 的，如圖3所示的t!和tn^時(shí)刻。h、 tn-,相對(duì)于fe是可以連續(xù)調(diào)節(jié)的。利用同步延 時(shí)器22進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，電壓波形31是第一直流高壓電源24通過所述的第一驅(qū)動(dòng)器 23接所述的電光晶體泡克耳斯盒5的第一電極，為所述的電光晶體泡克耳斯盒5提 供第一直流髙壓Fi的電壓波形，電壓波形32是第二直流高壓電源27通過所述的第 二驅(qū)動(dòng)器28接所述的電光晶體泡克耳斯盒5的第二電極，為所述的電光晶體泡克耳 斯盒5提供第二直流高壓P-^/4的電壓波形。實(shí)際上電光晶體泡克耳斯盒5兩端得到的驅(qū)動(dòng)電壓波形是前兩者的差值，即電壓波形33 ， tb是施加在所述的電光晶體 泡克耳斯盒5的第一電極上的電壓波形31的起始時(shí)刻。利用所述的分束裝置，獲得具有光軸、傳播方向和偏振方向相同的、脈沖間隔可調(diào)的雙脈沖光束的方法的過程如下因?yàn)樗龅姆ɡ诠飧綦x器9是一種單向通過的光學(xué)部件正向(如圖l中從 左向右)入射的線偏振激光可以無損耗地通過法拉第光隔離器，但反向(圖中從右 向左)入射的光不能通過法拉第光隔離器從原入射光路出射，而偏離原入射方向而 沿8出射。含有電光晶體泡克耳斯盒5的無源的法布里一珀羅諧振腔由第二偏振器4、電 光晶體泡克耳斯盒5、第一全反射鏡6和第二全反射鏡7構(gòu)成。第一全反射鏡6，第 二全反射鏡7分別與入射光線垂直，如此構(gòu)成一個(gè)諧振腔。當(dāng)電光晶體泡克耳斯盒 5上未施加電壓時(shí)，以某種方法陷進(jìn)腔內(nèi)的激光脈沖可以在諧振腔10中來回振蕩， 不能輸出。設(shè)線偏振激光母脈沖1的總能量為W,要分成兩個(gè)同光軸，相同傳播方向，且
脈沖間隔、脈沖能量比可按需調(diào)節(jié)的子脈沖，具體操作步驟如下i)化時(shí)刻在電光晶體泡克耳斯盒5加一電壓Vi。令激光母脈沖1的偏振方向與 第一偏振器2的透射軸的方向一致，通過第一偏振器2和法拉第旋光器3后，激光 偏振方向被旋轉(zhuǎn)45度，而與第二偏振器4的透射軸一致，無損耗地通過第二偏振器 4。激光母脈沖1通過加有Vi電壓的電光晶體泡克耳斯盒5往返兩次后，偏振態(tài)發(fā) 生變化，變成橢圓偏振光，此橢圓偏振的母脈沖在第二偏振器4上分解為兩個(gè)互相 垂直的偏振分量s偏振分量和p偏振分量。其中p偏振分量反向通過第二偏振器4 和法拉第旋光器3,被第一偏振器反射而沿8所示方向傳播，由此輸出了第1個(gè)子 脈沖p,其能量為WTi。在此，定義腔的能量倒出率Ti為腔內(nèi)橢圓偏振光中p偏振分量的能量Wp與橢 圓偏振光總能量We的比值，該數(shù)值由電光晶體泡克耳斯盒5上所加電壓Vi所決定:Ti-cos2[8 (Vi) /2〗 (a)該電光晶體泡克耳斯盒5所產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)的延遲量為ii) 母脈沖1通過加有Vi電壓的電光晶體泡克耳斯盒5往返兩次后的ti時(shí)刻， 退去加在電光晶體泡克耳斯盒5上的電壓，即Vi-O。攜帶剩余能量W(l-Ti)的s偏 振分量脈沖被第二偏振器4反射進(jìn)諧振腔10進(jìn)行振蕩。iii) s偏振分量的脈沖在腔內(nèi)振蕩了 (n—1)次后，緊接著在t^時(shí)刻，給泡克 耳斯盒5上加電壓Vx / 4,其中Vx為電光晶體泡克耳斯盒5對(duì)應(yīng)該激光波長(zhǎng)的全波 電壓值，tn-「t,+2L (n—1) /c,其中L為第一全反射鏡6與第二全反射鏡7之間 的有效光程長(zhǎng)，c為光速。則攜帶剩余能量比例為(l一Ti)的s偏振分量的脈沖， 在腔內(nèi)振蕩n次后的tn時(shí)刻，全部透過第二偏振器4。由此獲得了第二個(gè)激光子脈 沖s。該脈沖s的出射方向與第一個(gè)子脈沖p的出射方向相同。兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔為t =2Ln/c，可以通過調(diào)節(jié)諧振腔的腔長(zhǎng)L (全反射鏡7 可以沿腔的軸線移動(dòng)，在圖中11用雙箭頭表示)和脈沖在腔內(nèi)振蕩的次數(shù)n加以控 制，在本實(shí)用新型裝置上可通過同步延時(shí)器22來調(diào)整，兩個(gè)脈沖的能量比是由取 Vi的數(shù)值確定的，即由第一直流高壓電源24的輸出來調(diào)節(jié)。采用本實(shí)用新型的裝置和方法,將一個(gè)由Nd:YAG激光器產(chǎn)生的15ns的1064nm 激光脈沖，按
圖1所示的方式輸進(jìn)由法拉第光隔離器9、泡克耳斯盒5和第一全反 射鏡6和第二全反射鏡7組成的裝置。取諧振腔長(zhǎng)度L約為4.8米，脈沖在腔內(nèi)往 返一次所用的時(shí)間T約為32ns。把一個(gè)脈沖分為能量相等，脈沖間隔分別為32ns的 雙脈沖。輸出間隔32ns雙脈沖的結(jié)果如圖4所示。
權(quán)利要求1、一種脈沖間隔可調(diào)的線偏振激光雙脈沖的分束裝置，特征在于該裝置的構(gòu)成是在同一光軸上依次設(shè)有第一偏振器(2)、法拉第旋光器(3)、第二偏振器(4)、電光晶體泡克耳斯盒(5)和第一全反射鏡(6)，所述的第一偏振器(2)與第二偏振器(4)的透過軸成45°，所述的第一偏振器(2)、法拉第旋光器(3)和第二偏振器(4)構(gòu)成一法拉第光隔離器，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動(dòng)的第二全反射鏡(7)，所述的第一全反射鏡(6)、電光晶體泡克耳斯盒(5)、第二偏振器(4)和第二全反射鏡(7)構(gòu)成一無源的法布里-珀羅諧振腔(10)，在所述的電光晶體泡克耳斯盒(5)的兩極上分別施加間隔可控、幅度可調(diào)的脈沖電壓。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖間隔可調(diào)的線偏振激光雙脈沖的分束裝置，其 特征在于所述的電光晶體泡克耳斯盒(5)的兩極上分別施加間隔可控、幅度可調(diào) 的脈沖電壓的電路構(gòu)成是 一同步信號(hào)(21)接同步延時(shí)器(22)的輸入端，該同 步延時(shí)器(22)是一單輸入的具有不同延時(shí)的且延時(shí)可調(diào)的雙輸出同步延時(shí)器，該 同步延時(shí)器(22)的第一輸出端接第一驅(qū)動(dòng)器(23)，該同步延時(shí)器(22)的第二 輸出端接第二驅(qū)動(dòng)器(28)，第一直流髙壓電源(24)通過所述的第一驅(qū)動(dòng)器(23) 接所述的電光晶體泡克耳斯盒(5)的第一電極，為所述的電光晶體泡克耳斯盒(5) 提供第一直流高壓K，第二直流髙壓電源(27)通過所述的第二驅(qū)動(dòng)器(28)接所 述的電光晶體泡克耳斯盒(5)的第二電極，為所述的電光晶體泡克耳斯盒(5)提 供第二直流髙壓^ =巳/4。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖間隔可調(diào)的線偏振激光雙脈沖的分束裝置，其 特征在于所述的電光晶體泡克耳斯盒(5)的電光晶體是IOyP、 KDP、或鈮酸鋰晶 體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖間隔可調(diào)的線偏振激光雙脈沖的分束裝置，其 特征在于所述的法拉第光隔離器(9)是恒磁式的或電磁式驅(qū)動(dòng)的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的脈沖間隔可調(diào)的線偏振激光雙脈沖的分 束裝置，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、釩酸釔的雙折射晶體制成的偏振棱鏡。
專利摘要一種脈沖間隔可調(diào)的線偏振激光雙脈沖的分束裝置，屬于激光元器件，主要用于將一個(gè)線偏振激光脈沖分成同光軸、相同傳播方向和同一偏振方向的、脈沖間隔可按需調(diào)節(jié)的、能量比例可控的雙脈沖。該裝置由一個(gè)法拉第光隔離器和一個(gè)包含有電光晶體泡克耳斯盒的無源法布里-珀羅諧振腔和電光晶體泡克耳斯盒電源組成。本實(shí)用新型具有調(diào)節(jié)精確，簡(jiǎn)單方便，容易控制等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02F1/03GK201044024SQ200720066269
公開日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2007年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月12日
發(fā)明者馮偉偉, 張秉鈞, 林禮煌, 王文耀 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所