專利名稱：利用達曼光柵和閃耀光柵產生飛秒多脈沖的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及飛秒多脈沖的裝置，特別是一種利用達曼光柵和閃耀光柵產生飛秒多脈沖的裝置技術背景通常情況下，光柵作為一種具有負色散性質的器件被用于飛秒激光脈沖的壓縮和展寬。所采用的光柵大多是高密度光柵，光柵制造的難度比較大，成本高，并且該裝置產生不了多脈沖；普通光柵會造成各衍射級次的強度差別很大，應用在我們下面提到的裝置中也很難得到多脈沖。
產生多脈沖的常見方法，有通過麥克耳遜干涉儀的，也有雙波長的雙脈沖裝置的，但他們都不能對輸入脈沖進行壓縮。
線密度過低的光柵對脈沖沒有壓縮效應；線密度過高，只有很少的衍射級次上有脈沖，無法得到多脈沖。
在先技術1[周常河，白冰，利用達曼光柵對產生多脈沖的裝置，發(fā)明專利，申請?zhí)?00510110970.8)]中，提出利用1×n反射式達曼光柵，n塊補償光柵以及兩塊反射鏡得到飛秒多脈沖的一種方法，并可以對具有正啁啾的脈沖產生壓縮效果。
在先技術2[周常河，鄭將軍，發(fā)明專利申請?zhí)?00610030280.6]中，提出了利用倍密度光柵得到飛秒雙脈沖的裝置，即用三塊達曼光柵，第一光柵產生衍射，第二、第三光柵分別置于正負衍射級次上，其中第二、第三光柵的線密度為第一光柵線密度和衍射級次乘積的二倍，從而得到飛秒雙脈沖的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種利用達曼光柵和閃耀光柵產生飛秒多脈沖的裝置，該裝置應得到同波長的多脈沖，脈沖的間隔是可調的，對正啁啾的脈沖有壓縮效果。而且要求該裝置制作比較容易，成本比較低。
本發(fā)明的技術解決方案如下一種利用達曼光柵和閃耀光柵產生飛秒多脈沖的裝置，其特點是
包括一主光柵，該主光柵為1×n反射式達曼光柵，其中n為正整數(shù)，距離該主光柵L處，在垂直于該主光柵的法線的兩側，在相應衍射級次的衍射方向上，分別對稱地設有n塊閃耀光柵，分別稱為一級閃耀光柵，三級閃耀光柵，五級閃耀光柵，......，各同一級次的兩塊閃耀光柵之間的距離為b，所述主光柵周期為d，一級閃耀光柵的周期為d/2，三級閃耀光柵的周期為d/6，五級閃耀光柵的周期為d/10，......，所述的一級閃耀光柵，三級閃耀光柵，五級閃耀光柵...的法線方向與所述的主光柵的法線方向平行，其中L和b滿足下列關系L≥2D*d/(4λ0-(m+|m-2|)*Δλ)b＝2Ltanα式中d-主光柵的周期，λ0-輸入激光的中心波長，Δλ-輸入激光的帶寬，D-入射光束直徑，M-衍射級次，α-主光柵的正或負m級衍射光的衍射角；還有將輸出光與輸入光分開的機構。
所述的將輸出光與輸入光分開的機構是入射光線與主光柵在光柵槽的方向有一夾角θ，且θ＜5°。
所述的將輸出光與輸入光分開的機構是在主光柵的法線上，即沿入射光線方向上，依次設置有與光路成45°的偏振介質模板和1/4波片，該偏振介質模板對45°入射的P偏振光全透射，而對S偏振光全反射。
所述的L有一最小值Lmin＝2D*d/(4λ0-(m+|m-2|)*Δλ)。
所述的閃耀光柵中，有一個或多個閃耀光柵置于微動臺上。
所述的主光柵(1)的光柵密度為10線/mm～100線/mm。
本發(fā)明的技術效果由于本發(fā)明通過選擇合適線密度(10線/mm～100線/mm)的達曼光柵，利用達曼光柵輸出各衍射級次等光強的性質，以及閃耀光柵將能量主要向一個方向衍射的性質，得到了同波長的多脈沖，脈沖間隔是可調的，并且可以對正啁啾的脈沖實現(xiàn)壓縮。由于所采用的達曼光柵和閃耀光柵線密度不高，制作比較容易，成本也比較低。本發(fā)明裝置在飛秒激光加工，脈沖整形等領域有很好的應用前景，而雙脈沖在飛秒激光測量領域也有著應用。
和先技術1相比，本發(fā)明首次提出將補償光柵用二倍密度閃耀光柵代替的思想，使到達閃耀光柵的衍射光直接按原路返回，省去了反射鏡，從而降低了能量損失，而且結構變得更簡單。
和先技術2相比，本發(fā)明使用了更多的光柵，既可以產生多脈沖，又可以對多脈沖進行壓縮，而且由于使用了閃耀式光柵，大大降低了能量損耗。


圖1是本發(fā)明裝置原理結構俯視示意2是本發(fā)明實施例1的結構側視示意3是本發(fā)明實施例2的結構俯視示意4是本發(fā)明實施例3的結構俯視示意5是本發(fā)明實施例4的結構俯視示意圖具體實施方式
先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明裝置結構俯視示意圖，由圖可見，本發(fā)明利用達曼光柵和閃耀光柵產生飛秒多脈沖的裝置，包括一主光柵1，該主光柵為1×n反射式達曼光柵，其中n為正整數(shù)，距離該主光柵1的L處，在其垂直法線兩側，在相應衍射級次的衍射方向上，對稱的分別設有n塊閃耀光柵21，23，25，...2(n-1)；31，33，35，...3(n-1)，分別稱為一級閃耀光柵21，31，三級閃耀光柵23，33，五級閃耀光柵25，35，......，各個級次的兩塊閃耀光柵之間的距離為b，所述主光柵1的周期為d，一級閃耀光柵的周期為d/2，三級閃耀光柵的周期為d/6，五級閃耀光柵的周期為d/10，......。其中L和b滿足下列關系L≥2D*d/(4λ0-(m+|m-2|)*Δλ)b＝2Ltanα式中d-主光柵的周期，λ0-輸入激光的中心波長，Δλ-輸入激光帶寬，D-入射光束直徑，M-衍射級次，α-主光柵的正或負m級衍射光的衍射角。
還有將輸出光與輸入光分開的機構。
為了使不同的衍射級次分開，L有一最小值Lmin＝2D*d/(4λ0-(m+|m-2|)*Δλ)，同一衍射級次的兩塊光柵之間的距離b不是任意的，b＝2Ltanα；主光柵1和一級閃耀光柵21，31，三級閃耀光柵23，33，五級閃耀光柵25，35...的法線方向平行。經過主光柵1衍射后的光到達各個級次的閃耀光柵后，按原路返回，得到的輸出光即為多脈沖。
我們現(xiàn)在以產生雙脈沖，四脈沖，六脈沖的裝置為例對本發(fā)明作進一步描述。我們分別采用1×2，1×4，1×6偶數(shù)反射式達曼光柵作主光柵1。
實施例1請參閱圖2，圖2是本發(fā)明實施例1的結構側視示意圖，主光柵1是1×2反射式達曼光柵，周期為25μm，與其相距30cm處放置兩塊周期為12.5μm的閃耀光柵21，31；主光柵1和一級閃耀光柵21，31的法線方向平行。兩塊一級閃耀光柵21，31的中心水平距離為2cm。
具有正啁啾的激光脈沖入射到主光柵1，入射平面與主光柵1的光柵槽方向平行，且入射光與光柵法線夾角θ(小于5度)。其正負一級衍射光分別入射到一級閃耀光柵21，31，經過一級閃耀光柵衍射后，又回到主光柵1，并在出射時和入射光有一夾角2θ，以實現(xiàn)出射光和入射光在空間上的分離。其中通過采用行程12.5cm，最小分辨率為1μm，最小讀數(shù)為10μm的微動臺來移動一級閃耀光柵21，31，通過調節(jié)它們，就可以實現(xiàn)雙脈沖之間間隔的任意可調。通過對達曼光柵和閃耀光柵周期的選擇，可以實現(xiàn)對具有不同正啁啾量的激光脈沖的壓縮。
實施例2請參閱圖3，圖3是本發(fā)明實施例2的結構俯視示意圖。我們采用另一種方式使輸入光和輸出光分開。在主光柵1的法線上，即沿入射光線方向上，依次設置有與光路成45°的偏振介質模板4和1/4波片5，該偏振介質模板4對45°入射的P偏振光全透，而對S偏振光全反。如果入射光是P偏振的，那么輸出光由于兩次經過1/4波片5，會變成S偏振。使P偏振光透射，S偏振關45°全反射，就實現(xiàn)了輸出光和輸入光的分離。
實施例3本實施例的結構如圖4所示，主光柵1是1×4反射式達曼光柵，周期為60μm，在相距30cm處放置兩塊周期為30μm的一級閃耀光柵21，31以及周期為10μm的三級達曼光柵23，33；他們的對稱軸都在主光柵1的法線上，他們的位置由入射光決定，使光經過主光柵1后，正負一級衍射光入射到一級閃耀光柵21，31的中心，正負三級衍射光入射到三級閃耀光柵23，33的中心。主光柵1的法線、一級閃耀光柵21，31的法線和三級閃耀光柵23，33的法線都平行。
具有正啁啾的激光脈沖經過依次設置的與光路成45°的偏振介質模板4和1/4波片5，正入射到主光柵1，其正負一級衍射光分別入射到一級閃耀光柵21，31，正負三級衍射光分別入射到三級閃耀光柵23，33；反射光按原路返回再次經過1/4波片5和偏振介質模板4反射輸出，以實現(xiàn)出射光和入射光空間上的分離；同樣通過微動臺來移動一級閃耀光柵21，31及三級閃耀光柵23，33，我們可以實現(xiàn)四脈沖之間間隔的任意可調。
實施例4本實施例的結構如圖5所示，主光柵1為1×6反射式達曼光柵，周期為60μm，相距30cm處放置兩塊相同的周期為30μm的一級閃耀光柵21，31，周期為為10μm的三級閃耀光柵23，33和周期為6μm的五級閃耀光柵25，35；一級閃耀光柵21，31，三級閃耀光柵23，33和五級閃耀光柵25，35的對稱軸都在主光柵1的法線上，他們的位置由入射光決定，使光經過主光柵1后正負一級衍射光入射到一級閃耀光柵21，31的中心，正負三級衍射光入射到三級閃耀光柵23，33的中心，正負五級衍射光入射到五級閃耀光柵25，35的中心。主光柵1的法線、一級閃耀光柵21，31的法線、三級閃耀光柵23，33的法線和五級閃耀光柵25，35的法線方向都平行。
具有正啁啾的激光脈沖經過依次設置的與光路成45°的偏振介質模板4和1/4波片5，正入射到主光柵1，其正負一級衍射光分別入射到一級閃耀光柵21，31，正負三級衍射光分別入射到三級閃耀光柵23，33，正負五級衍射光分別入射到五級閃耀光柵25，35；反射光按原路返回再次經過1/4波片5和偏振介質模板4反射輸出，以實現(xiàn)出射光和入射光空間上的分離；同樣通過微動臺來移動一級閃耀光柵21，31，三級閃耀光柵23，33及五級閃耀光柵25，35，我們可以實現(xiàn)六脈沖之間間隔的任意可調。
以上實施例說明，利用本發(fā)明裝置，可以獲得脈沖間隔可調的飛秒多脈沖，并且對正啁啾的飛秒激光脈沖有明顯的壓縮效果。以往時空變換裝置可以得到多個脈沖，但是很難實現(xiàn)任意時間間隔的多個脈沖，也就是很難調節(jié)任意兩個脈沖的時間間隔，而本發(fā)明可以產生任意時間間隔的多個脈沖，這對飛秒多脈沖的應用很有意義，它在飛秒激光加工，脈沖整形等領域有很好的應用前景。
權利要求
1.一種利用達曼光柵和閃耀光柵產生飛秒多脈沖的裝置，其特征在于包括一主光柵(1)，該主光柵(1)為1×n反射式達曼光柵，其中n為正整數(shù)，距離該主光柵(1)L處，在垂直于該主光柵(1)的法線的兩側，在相應衍射級次的衍射方向上，分別對稱地設有n塊閃耀光柵(21，23，25，...2(n-1))和(31，33，35，...3(n-1))，分別稱為一級閃耀光柵(21，31)，三級閃耀光柵(23，33)，五級閃耀光柵(25，35)，......，各同一級次的兩塊閃耀光柵之間的距離為b，所述主光柵(1)周期為d，一級閃耀光柵的周期為d/2，三級閃耀光柵的周期為d/6，五級閃耀光柵的周期為d/10，......，所述的一級閃耀光柵(21，31)，三級閃耀光柵(23，33)，五級閃耀光柵(25，35)...的法線方向與所述的主光柵(1)的法線方向平行，其中L和b滿足下列關系L≥2D*d/(4λ0-(m+|m-2|)*Δλ)b＝2Ltanα式中d-主光柵的周期，λ0-輸入激光的中心波長，Δλ-輸入激光的帶寬，D-入射光束直徑，M-衍射級次，α-主光柵的正或負m級衍射光的衍射角；還有將輸出光與輸入光分開的機構。
2.根據(jù)權利要求1所述的產生飛秒多脈沖的裝置，其特征在于所述的將輸出光與輸入光分開的機構是入射光線與主光柵(1)在光柵槽的方向有一夾角θ，且θ＜5°。
3.根據(jù)權利要求1所述的產生飛秒多脈沖的裝置，其特征在于所述的將輸出光與輸入光分開的機構是在主光柵(1)的法線上，即沿入射光線方向上，依次設置有與光路成45°的偏振介質模板(4)和1/4波片(5)，該偏振介質模板(4)對45°入射的P偏振光全透射，而對S偏振光全反射。
4.根據(jù)權利要求1所述的產生飛秒多脈沖的裝置，其特征在于所述的L有一最小值Lmin＝2D*d/(4λ0-(m+|m-2|)*Δλ)。
5.根據(jù)權利要求1所述的產生飛秒多脈沖的裝置，其特征在于所述的閃耀光柵中，有一個或多個閃耀光柵置于微動臺上。
6.根據(jù)權利要求1至5任一項所述的產生飛秒多脈沖的裝置，其特征在于所述的主光柵(1)的光柵密度為10線/mm～100線/mm。
全文摘要
一種利用達曼光柵和閃耀光柵產生飛秒多脈沖的裝置，其特點是包括一主光柵，該主光柵為1×n反射式達曼光柵，其中n為正整數(shù)，距離該主光柵L處，在垂直于該主光柵的法線的兩側，在相應衍射級次的衍射方向上，分別對稱地設有n塊閃耀光柵，分別稱為一級，三級，五級閃耀光柵，…，各同一級次的兩塊閃耀光柵之間的距離為b，主光柵周期為d，一級閃耀光柵的周期為d/2，三級閃耀光柵的周期為d/6，五級閃耀光柵的周期為d/10，…，所有的閃耀光柵的法線與主光柵的法線平行。本發(fā)明裝置可得到同波長的多脈沖輸出，脈沖的間隔是可調的，對正啁啾的脈沖有壓縮效果。而且裝置制作容易，成本低。
文檔編號H01S3/00GK101021663SQ20071003837
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月23日 優(yōu)先權日2007年3月23日
發(fā)明者周常河, 賈偉 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所