專利名稱：平面鏡拼接大口徑光柵脈沖壓縮器的制作方法
技術領域：
本設計涉及脈沖壓縮器，特別是一種大口徑大能量激光啁啾脈沖的壓縮。該設計通過創(chuàng)新的結構設計，利用大口徑的平面反射鏡和較小口徑光柵的組合，取代通常大口徑脈沖壓縮器中所需要的大口徑壓縮光柵或拼接光柵，使光柵的有效面積最多可以減少為原來需求的一半，并在同量級壓縮效率的情況下獲得大能量大口徑的空間和時間啁啾補償?shù)母吖β始す饷}沖，可有效解決當前對大口徑壓縮光柵需求的瓶頸問題。主要應用于大能量大口徑高功率激光脈沖的壓縮。
背景技術：
近年來，隨著啁啾脈沖放大技術的發(fā)明與廣泛應用，人們能夠產生能量越來越高的超短高功率激光脈沖，在激光核聚變快點火等重要戰(zhàn)略研究領域具有重要而廣泛的應用。目前，高功率激光脈沖的產生都是基于啁啾脈沖放大技術。對于寬光譜激光脈沖，如果不同波長有規(guī)律地分布于脈沖的不同位置，就稱為啁啾。啁啾絕對值越大，脈沖越長；啁啾為零時，脈沖最短。通過光柵展寬器引入正啁啾，可使脈沖變長，以更有效地對激光脈沖進行放大；通過壓縮器引入負啁啾，可使放大后的脈沖變短，以實現(xiàn)盡可能高的峰值功率。隨著技術不斷改善，能夠輸出的脈沖能量也不斷提高。為了避免對激光器件的破壞，脈沖激光口徑必須隨能量不斷增加。對光柵尺寸的要求也在不斷提高。在先技術一中，Edmond B. Tracy提出了一種大口徑光柵壓縮器的四光柵構型，如圖1所示。光柵1與光柵2平行，光柵3與光柵4平行，1和2的組合與3和4的組合呈鏡向對稱。當脈沖寬度待壓縮的正啁啾激光脈沖入射壓縮器后，受到光柵1的衍射作用，原本傳播的光束在空間上發(fā)散開來。以最邊緣的光線為例說明如下激光脈沖的光譜波長范圍從(λ1，λ2)。波長較短的λ 1光，衍射角小一些，沿雙點劃線傳播；波長較短的λ2光，衍射角大一些，沿點劃線傳播。由圖中可見，投射在光柵2上光斑尺寸有明顯增加。因此，在寬光譜的啁啾脈沖壓縮中，光柵2的尺寸比光柵1大很多。光柵2與光柵1相平行，因此同一光線，在光柵2上的入射角就等于光柵1上的衍射角，在光柵2上的衍射角就等于光柵1 上的入射角，所以發(fā)散的激光束在光柵2的衍射作用下，恢復平行傳播。經過光柵3和光柵 4的鏡向作用后，橫截面上的光斑恢復原狀。但由于不同波長的激光經歷了不同的光程，使得負啁啾的激光脈沖寬度被壓縮。在高能量的激光系統(tǒng)中，為了避免高能激光對光學器件，尤其是光柵的損害，需要激光束保持較大的口徑，相應的，光柵也應有較大的尺寸。現(xiàn)有工藝下，大尺寸商品化光柵的工藝難度大，生產周期長，價格昂貴，質量沒有保證。超過一定尺寸的光柵甚至沒有能力生產。在先技術二中，采用雙光柵拼接如圖2所示。光柵6與光柵7處于同一平面內，光柵刻線同向共面，構成一個拼接光柵，與光柵5平行，起到圖1中光柵2的作用。光柵8與光柵9處于同一平面內，光柵刻線同向共面，構成一個拼接光柵，與光柵10平行，起到圖1 中光柵3的作用。光柵5、6和7的組合與光柵8、9和10的組合呈鏡向對稱。拼接光柵要求兩個光柵性能完全一致，工作面處于同一個平面內，刻線方向相同。成本高，難度大。

發(fā)明內容
為了克服上述在先技術的不足，本發(fā)明提供一種平面鏡拼接大口徑光柵脈沖壓縮器，優(yōu)點是利用大口徑的平面反射鏡和較小口徑光柵的組合，取代通常大口徑脈沖壓縮器中所需要的大口徑壓縮光柵或拼接光柵，可有效解決當前對大口徑壓縮光柵需求的瓶頸問題。本發(fā)明的技術解決方案如下
一種平面鏡拼接大口徑光柵脈沖壓縮器，特點在于其構成包括第一光柵、第二光柵、第一平面鏡、第三光柵、第四光柵和第二平面鏡，上述元件的位置關系如下
所述的第一光柵與第二光柵的光柵面平行相向，且第一平面鏡與第二光柵垂直并三者構成第一組合，所述的第三光柵與第四光柵的光柵面平行相向，且第二平面鏡與第四光柵垂直并三者構成第二組合，所述的第一組合和第二組合呈鏡向對稱設置。所述的第一光柵、第二光柵、第三光柵和第四光柵同為正弦型光柵、或矩形光柵。因為選用刻線形狀呈左右鏡像對稱的壓縮光柵，如正弦型、矩形光柵，如圖3。該類型光柵的衍射性能是在光柵法線兩側左右對稱的。只要是相同的入射角，無論是從法線的哪一側入射都具有相同的衍射能力。根據(jù)這個特點，可以用平面反射鏡反射的方法，將超出第二光柵的尺寸范圍的光線反射回第二光柵上，減少對大光柵的面積需求，之后的衍射光再通過一次平面反射實現(xiàn)平行出射。通過同樣鏡像布置的第二平面反射鏡和第三光柵、第四光柵，最后從第四光柵輸出得到壓縮后的高功率激光脈沖。但由于不同波長的激光經歷了不同的光程，使得負啁啾的激光脈沖寬度被壓縮。與在先技術相比，由于平面反射鏡的反射效率可以很高，壓縮器的效率基本可以保持不變，使得輸出高功率激光脈沖參數(shù)可以基本保持不變。由于使用平面反射鏡，整套壓縮器調節(jié)同樣方便。與在先技術一、二相比，本技術具有以下顯著的優(yōu)點
(1)大口徑光柵的面積最多可以減少一半。只要第二光柵12和第三光柵15的尺寸不小于第一光柵11，光強就不會超過光柵的破壞閾值。(2)大尺寸平面鏡的工藝難度、成本、維護費用遠低于光柵的工藝難度、成本、維護費用。(3)相對于在先技術二而言，平面鏡的調整相對簡單穩(wěn)定，使得整個壓縮器的調節(jié)難度降低，穩(wěn)定性大大高。(4)如果采用平面可變型鏡，可對激光波前進行部分修正。(5)高能量啁啾激光器的大口徑光柵壓縮處于真空箱中，以避免其對空氣的電離。 體積小的真空箱易于實現(xiàn)，易于使用。平面鏡拼接大口徑光柵可在一定程度上減少真空箱體積。


圖1大口徑光柵壓縮器的四光柵構型(在先技術一)。
圖2大口徑光柵壓縮器的拼接光柵構型(在先技術二)。圖3光柵精細結構示意圖。圖4是本發(fā)明平面鏡拼接大口徑光柵脈沖壓縮器的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。請參閱圖4，圖4是本發(fā)明平面鏡拼接大口徑光柵脈沖壓縮器的結構示意圖，由圖可見，本發(fā)明平面鏡拼接大口徑光柵脈沖壓縮器，構成包括第一光柵11、第二光柵12、第一平面鏡13、第三光柵15、第四光柵16和第二平面鏡14，上述元件的位置關系如下
所述的第一光柵U與第二光柵12的光柵面平行相向，且第一平面鏡13與第二光柵12 垂直并構成第一組合，所述的第三光柵15與第四光柵16的光柵面平行相向，且第二平面鏡 14與第三光柵15垂直并構成第二組合，所述的第一組合和第二組合呈鏡向對稱設置。本實施例中所述的第一光柵11、第二光柵12、第三光柵15和第四光柵16為正弦型光柵。使用時要調節(jié)第一光柵11與第二光柵12平行，調節(jié)第一平面鏡13與第二光柵12 垂直，如圖4所示。調節(jié)第三光柵15與第四光柵16平行，調節(jié)第二平面鏡14與第三光柵15垂直。調節(jié)第一組合與第二組合的鏡向對稱。該脈沖壓縮器的工作過程如下
以最邊緣的光線為例說明如下激光脈沖的光譜波長范圍為(λ” λ2)。波長較短的 λ ，衍射角小一些，沿雙點劃線傳播；波長較短的入2光，衍射角大一些，沿點劃線傳播。 由圖中可見，投射在第二光柵12上光斑尺寸有明顯增加。因此，在寬光譜的啁啾脈沖壓縮中，第二光柵12的尺寸比第一光柵11大很多。由于第二光柵12與第一光柵11除了尺寸之外的具體參數(shù)完全相同，第二光柵12與第一光柵11相平行，因此同一光線，在第二光柵 12上的入射角就等于第一光柵11上的衍射角，在第二光柵12上的衍射角就等于第一光柵 11上的入射角，所以發(fā)散的激光束在第二光柵12的衍射下，恢復平行傳播。超過第二光柵 12邊界的光被第一平面鏡13反射回第二光柵12，被第二光柵12衍射后。只要第一平面鏡 13足夠大，光線就會再次被第一平面鏡13反射，這些反射光將與經過第二光柵12直接衍射的光束相平行。經過第二平面鏡14、第三光柵15和第四光柵16的鏡向作用后，由第四光柵 16輸出的光斑恢復到待壓縮的正啁啾激光脈沖入射第一光柵11上的光斑原狀。但由于不同波長的激光經歷了不同的光程，使得負啁啾的激光脈沖寬度被壓縮。實驗表明本發(fā)明的優(yōu)點是利用大口徑的平面反射鏡和較小口徑光柵的組合，取代通常大口徑脈沖壓縮器中所需要的大口徑壓縮光柵或拼接光柵，可有效解決當前對大口徑壓縮光柵需求的瓶頸問題。
權利要求
1.一種平面鏡拼接大口徑光柵脈沖壓縮器，特征在于其構成包括第一光柵(11 )、第二光柵(12)、第一平面鏡(13)、第三光柵(15)、第四光柵(16)和第二平面鏡(14)，上述元件的位置關系如下所述的第一光柵(11)與第二光柵(12)的光柵面平行相向，且第一平面鏡(13)與第二光柵(12)垂直并構成第一組合，所述的第三光柵(16)與第四光柵(15)的光柵面平行相向， 且第二平面鏡(14)與第四光柵(15)垂直并構成第二組合，所述的第一組合和第二組合呈鏡向對稱設置。
2.根據(jù)權利要求1所述的平面鏡拼接大口徑光柵脈沖壓縮器，其特征在于所述的第一光柵(11)、第二光柵(12)、第三光柵(15)和第四光柵(16)為正弦型光柵、或矩形光柵。
全文摘要
一種平面鏡拼接大口徑光柵脈沖壓縮器，構成包括第一光柵、第二光柵、第一平面鏡、第三光柵、第四光柵和第二平面鏡，上述元件的位置關系如下所述的第一光柵與第二光柵的光柵面平行相向，且第一平面鏡與第二光柵垂直并三者構成第一組合，所述的第三光柵與第四光柵的光柵面平行相向，且第二平面鏡與第四光柵垂直并三者構成第二組合，所述的第一組合和第二組合呈鏡向對稱設置。本發(fā)明的優(yōu)點是利用大口徑的平面反射鏡和較小口徑光柵的組合，取代通常大口徑脈沖壓縮器中所需要的大口徑壓縮光柵或拼接光柵，可有效解決當前對大口徑壓縮光柵需求的瓶頸問題。
文檔編號G02F1/35GK102323705SQ20111027513
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權日2011年9月16日
發(fā)明者冷雨欣, 徐至展, 李儒新, 王乘, 陸效明 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所