基于邁克爾遜干涉儀的脈沖序列調(diào)制方法及調(diào)制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于邁克爾遜干涉儀的脈沖序列調(diào)制方法和調(diào)制器，屬于超快激光領(lǐng)域。將一個(gè)超快激光脈沖逐級(jí)分光形成多個(gè)子脈沖，通過(guò)在每個(gè)分支光路的末端放置與光路垂直的反射鏡使各個(gè)子脈沖再原路逐級(jí)返回，最后從第一個(gè)分光鏡處輸出由這些子脈沖構(gòu)成的脈沖序列，每一個(gè)分支光路都對(duì)應(yīng)著一個(gè)獨(dú)立的子脈沖，因此級(jí)聯(lián)的次數(shù)，或者說(shuō)末端分支的數(shù)量決定了最終輸出的脈沖序列中子脈沖的個(gè)數(shù)。通過(guò)平移反射鏡來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)分支光路的光程，即可達(dá)到調(diào)節(jié)子脈沖延遲的目的，可以實(shí)現(xiàn)將一個(gè)超快激光脈沖調(diào)制成為多個(gè)時(shí)間間隔為飛秒到皮秒量級(jí)的子脈沖構(gòu)成的脈沖序列，并且可以精確控制各子脈沖的能量和延遲，從而為相應(yīng)超快激光領(lǐng)域的研究提供手段和工具。
【專利說(shuō)明】基于邁克爾遜干涉儀的脈沖序列調(diào)制方法及調(diào)制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于邁克爾遜干涉儀的脈沖序列調(diào)制方法和調(diào)制器，屬于超快激光領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]超快激光一般指脈寬小于IOps的脈沖激光，由于脈沖持續(xù)時(shí)間極短，因而具有很高的峰值功率和極高的瞬時(shí)光場(chǎng)強(qiáng)度，巨有很強(qiáng)的激發(fā)、調(diào)控及探測(cè)能力，因而在原子物理、化學(xué)(AH Zewail-Femtochemistry:Atomic-scale dynamics of the chemical bond.The Journal of Physical Chemistry A, 2000.)、生物以及精密制造等領(lǐng)域都有著重要應(yīng)用。近年來(lái)在超快激光制造領(lǐng)域，基于電子狀態(tài)調(diào)控實(shí)現(xiàn)高精度高質(zhì)量高效率制造(LJiang,P Liu, X Yan, N Leng, C Xu, H Xiao, Y Lu.High-throughput rear-surface drillingof microchannels in glass based on electron dynamics control using femtosecondpulse trains.0ptics letters, 2012.)的思想,得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛認(rèn)可。電子狀態(tài)調(diào)控的一個(gè)具體方法是將超快激光脈沖調(diào)制為間隔在飛秒到皮秒量級(jí)的多個(gè)超快激光子脈沖構(gòu)成的脈沖序列。然而，一般的超快激光器本身的脈沖重復(fù)頻率都很低，對(duì)應(yīng)的脈沖間隔周期一般都不會(huì)短于納秒，如何獲取脈沖間隔為飛秒到皮秒量級(jí)的脈沖序列成為一個(gè)難題。飛秒到皮秒這么短的時(shí)間尺度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般電子設(shè)備的頻率響應(yīng)極限，所以很難通過(guò)電學(xué)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這么短時(shí)間延遲的脈沖序列，本發(fā)明巧妙地提出了一種基于邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)的光路，可以實(shí)現(xiàn)將一個(gè)超快激光脈沖分成由任意多個(gè)時(shí)間間隔為飛秒到皮秒量級(jí)的子脈沖構(gòu)成的脈沖序列，并且子脈沖個(gè)數(shù)、各個(gè)子脈沖的延遲以及能量都可以精確調(diào)節(jié)和控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有超快激光器脈沖重復(fù)頻率低，無(wú)法產(chǎn)生間隔為飛秒到皮秒量級(jí)的脈沖序列，難以滿足科研和生產(chǎn)需要的問(wèn)題，提供一種基于邁克爾遜干涉儀的光學(xué)脈沖序列調(diào)制方法及調(diào)制器，可以實(shí)現(xiàn)將一個(gè)超快激光脈沖調(diào)制成為多個(gè)時(shí)間間隔為飛秒到皮秒量級(jí)的子脈沖構(gòu)成的脈沖序列，并且可以精確控制各子脈沖的能量和延遲，從而為相應(yīng)超快激光領(lǐng)域的研究提供手段和工具。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0005]基于邁克爾遜干涉儀的脈沖序列調(diào)制方法，將一個(gè)超快激光脈沖逐級(jí)分光形成多個(gè)子脈沖，通過(guò)在每個(gè)分支光路的末端放置與光路垂直的反射鏡使各個(gè)子脈沖再原路逐級(jí)返回，最后從第一個(gè)分光鏡處輸出由這些子脈沖構(gòu)成的脈沖序列，每一個(gè)分支光路都對(duì)應(yīng)著一個(gè)獨(dú)立的子脈沖，因此級(jí)聯(lián)的次數(shù)，或者說(shuō)末端分支的數(shù)量決定了最終輸出的脈沖序列中子脈沖的個(gè)數(shù)。通過(guò)平移反射鏡來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)分支光路的光程，即可達(dá)到調(diào)節(jié)子脈沖延遲的目的，當(dāng)平移臺(tái)的分辨率為Ium時(shí)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間延遲分辨率可達(dá)6.6fs。通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)分支光路中的連續(xù)衰減片，可以調(diào)節(jié)和控制對(duì)應(yīng)子脈沖的能量。[0006]基于邁克爾遜干涉儀的脈沖序列調(diào)制器，包括:超快激光脈沖、分光鏡、連續(xù)衰減片、反射鏡、平移臺(tái)；
[0007]連接關(guān)系為:
[0008]超快激光脈沖入射到與激光傳播方向成45度放置的分光鏡(第一級(jí)分光鏡)，被分成互相垂直的兩個(gè)子脈沖，這兩個(gè)子脈沖又分別經(jīng)過(guò)一個(gè)分光鏡(第二級(jí)分光鏡)再次被分光，形成四個(gè)子脈沖，在四個(gè)子脈沖各自傳播路徑上，分別放置一個(gè)連續(xù)衰減片，最后再用一個(gè)與對(duì)應(yīng)激光脈沖傳播方向垂直的反射鏡，使這四個(gè)子脈沖各自沿原路返回。末端反射鏡分別安裝在平移臺(tái)上。
[0009]有益效果
[0010]本發(fā)明的基于邁克爾遜干涉儀的脈沖序列調(diào)制方法及調(diào)制器，采用垂直放置的單個(gè)反射鏡代替常規(guī)的直角反射鏡對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)光程延遲，不僅簡(jiǎn)化了延遲結(jié)構(gòu)本身，而且由于經(jīng)過(guò)延遲后的脈沖沿原路返回，之前用來(lái)分光的分光鏡同時(shí)又充當(dāng)合束鏡，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)整體的復(fù)雜度。
[0011]本發(fā)明的基于邁克爾遜干涉儀的脈沖序列調(diào)制方法及調(diào)制器，采用邁克爾遜干涉儀光路進(jìn)行級(jí)聯(lián)擴(kuò)展的方法來(lái)控制子脈沖個(gè)數(shù)，原理簡(jiǎn)單，可擴(kuò)展性強(qiáng)，各個(gè)子脈沖的能量和延遲控制相互獨(dú)立，使用和調(diào)節(jié)非常方便。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明專利的一個(gè)四脈沖實(shí)施例的光學(xué)原理示意圖。
[0013]其中I一超快激光脈沖，2—分光鏡，3—連續(xù)裳減片，4一反射鏡，5—平移臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]實(shí)施例1
[0016]基于邁克爾遜干涉儀的脈沖序列調(diào)制方法，實(shí)施步驟如下:
[0017]I)將一束超快激光以45度角入射到分光鏡上，使之分成兩束互相垂直的光，分別沿著邁克爾遜干涉儀的兩條光臂傳播，兩條光臂對(duì)應(yīng)著兩個(gè)子脈沖。
[0018]2)根據(jù)需要的脈沖序列中子脈沖的個(gè)數(shù)，進(jìn)一步將步驟I中產(chǎn)生的兩個(gè)子脈沖按照步驟I同樣的方法進(jìn)行分光，分光形成的子脈沖又可以分別再次被分光，如此類推，每多進(jìn)行一次分光，就增加一個(gè)光束分支，也就增加一個(gè)子脈沖，直到最后總的光束分支數(shù)等于需要的子脈沖個(gè)數(shù)。
[0019]3)在每個(gè)分支光束的傳播路徑上放置一個(gè)與對(duì)應(yīng)光束傳播方向垂直的反射鏡,使對(duì)應(yīng)的子脈沖遇到反射鏡后沿原路返回。
[0020]4)每個(gè)反射鏡與一個(gè)平移臺(tái)相連，平移臺(tái)可以沿著對(duì)應(yīng)光束分支傳播方向前后平移，從而可以帶動(dòng)反射鏡前后平移改變對(duì)應(yīng)子脈沖的光程。
[0021]5)在每個(gè)光束分支的獨(dú)立傳播路徑上插入一個(gè)連續(xù)衰減片，使得轉(zhuǎn)動(dòng)連續(xù)衰減片時(shí)，可以調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)子脈沖的能量衰減系數(shù)，從而控制對(duì)應(yīng)子脈沖的能量。
[0022]6)由于各個(gè)子脈沖沿原路返回時(shí)，會(huì)在每個(gè)分光鏡的一側(cè)產(chǎn)生一束額外的不沿原路返回的輸出光，將這些輸出光全部用擋光器擋住，最后只取第一級(jí)分光鏡處的輸出光，就是最后我們需要的脈沖序列。
[0023]7)每一個(gè)分支光路對(duì)應(yīng)著一個(gè)子脈沖，調(diào)節(jié)該分支光路的平移臺(tái)，可以調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)子脈沖的延遲，調(diào)節(jié)該分支光路中的連續(xù)衰減片，就可以調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)子脈沖的能量。
[0024]基于邁克爾遜干涉儀的脈沖序列調(diào)制器:
[0025]包括:1 一超快激光脈沖，2—分光鏡，3—連續(xù)衰減片，4一反射鏡，5—平移臺(tái)；如圖1所示；
[0026]超快激光脈沖I入射到與激光傳播方向成45度放置的分光鏡2 (第一級(jí)分光鏡)，被分成互相垂直的兩個(gè)子脈沖，這兩個(gè)子脈沖又分別經(jīng)過(guò)一個(gè)分光鏡2 (第二級(jí)分光鏡)再次被分光，形成四個(gè)子脈沖，在四個(gè)子脈沖各自傳播路徑上，分別放置一個(gè)連續(xù)衰減片3，最后再用一個(gè)與對(duì)應(yīng)激光脈沖傳播方向垂直的反射鏡4，使這四個(gè)子脈沖各自沿原路返回，最后匯合至第一個(gè)分光鏡2處，沿著與入射激光垂直的方向輸出，這就是最終需要的脈沖序列，用擋光器擋住其他各個(gè)分光鏡2處額外的輸出光。
[0027]四個(gè)末端反射鏡4分別安裝在一個(gè)平移臺(tái)5上，使得該反射鏡4可以沿著對(duì)應(yīng)子脈沖的傳播方向前后平移，由于每一個(gè)反射鏡4的前后位置獨(dú)立地決定了對(duì)應(yīng)子脈沖的光程，當(dāng)前后移動(dòng)這四個(gè)反射鏡4時(shí)，就可以調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)子脈沖的光程，從而調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)子脈沖在脈沖序列中的延遲。在產(chǎn)生四脈沖序列的過(guò)程中，每一個(gè)子脈沖都會(huì)兩次經(jīng)過(guò)各自的連續(xù)衰減片3,其能量也會(huì)被衰減兩次,調(diào)節(jié)連續(xù)衰減片3的角度,改變衰減系數(shù),可以調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)子脈沖的能量。
[0028]這里雖然以四脈沖為例進(jìn)行介紹，但是本發(fā)明專利不限于4脈沖，使用本發(fā)明的方法可以隨意控制分光次數(shù)來(lái)生成5脈沖、6脈沖、7脈沖、8脈沖等等，因此使用本發(fā)明的思想原則上可以生成任意個(gè)數(shù)子脈沖構(gòu)成的脈沖序列。
[0029]本發(fā)明保護(hù)范圍不僅局限于本實(shí)施例，本實(shí)施例用于解釋本發(fā)明，凡與本發(fā)明在相同原理和構(gòu)思條件下的變更或修改均在本發(fā)明公開的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于邁克爾遜干涉儀的脈沖序列調(diào)制方法，其特征在于:將一個(gè)超快激光脈沖逐級(jí)分光形成多個(gè)子脈沖，通過(guò)在每個(gè)分支光路的末端放置與光路垂直的反射鏡使各個(gè)子脈沖再原路逐級(jí)返回，最后從第一個(gè)分光鏡處輸出由這些子脈沖構(gòu)成的脈沖序列，每一個(gè)分支光路都對(duì)應(yīng)著一個(gè)獨(dú)立的子脈沖，因此級(jí)聯(lián)的次數(shù)，或者說(shuō)末端分支的數(shù)量決定了最終輸出的脈沖序列中子脈沖的個(gè)數(shù)；通過(guò)平移反射鏡來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)分支光路的光程，即可達(dá)到調(diào)節(jié)子脈沖延遲的目的，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)分支光路中的連續(xù)衰減片，可以調(diào)節(jié)和控制對(duì)應(yīng)子脈沖的能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于邁克爾遜干涉儀的脈沖序列調(diào)制方法制造的裝置，其特征在于:基于邁克爾遜干涉儀的脈沖序列調(diào)制器，包括:超快激光脈沖、分光鏡、連續(xù)衰減片、反射鏡、平移臺(tái)；超快激光脈沖(I)入射到與激光傳播方向成45度放置的分光鏡(2)，被分成互相垂直的兩個(gè)子脈沖，這兩個(gè)子脈沖又分別經(jīng)過(guò)一個(gè)分光鏡(2)再次被分光，形成四個(gè)子脈沖，在四個(gè)子脈沖各自傳播路徑上，分別放置一個(gè)連續(xù)衰減片(3)，最后再用一個(gè)與對(duì)應(yīng)激光脈沖傳播方向垂直的反射鏡(4)，使這四個(gè)子脈沖各自沿原路返回；末端反射鏡(4)分別安裝在平移臺(tái)(5)上。
3.如權(quán)利要求1所述的基于邁克爾遜干涉儀的脈沖序列調(diào)制方法，其特征在于:當(dāng)所述平移臺(tái)的分辨率為Ium時(shí)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間延遲分辨率可達(dá)6.6fs。
4.如權(quán)利要求2所述的基于邁克爾遜干涉儀的脈沖序列調(diào)制器，其特征在于:所述分光鏡的數(shù)量能夠根據(jù)需求增減，進(jìn)而可以隨意控制分光次數(shù)來(lái)生成若干束脈沖。
【文檔編號(hào)】H01S3/101GK103888111SQ201410145611
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】姜瀾, 余彥武, 曹強(qiáng), 王青松 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)