專利名稱：飛秒激光多脈沖產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛秒激光，特別是一種飛秒激光多脈沖產(chǎn)生裝置。
背景技術(shù)：
飛秒激光脈沖具有極高峰值功率和超短脈沖寬度等優(yōu)點(diǎn)，在超快過程檢測(cè)，微納加工以及科研和工業(yè)眾多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。隨著飛秒激光被廣泛應(yīng)用，采用自相關(guān)儀或其他方法測(cè)量超短脈沖激光一般都需要對(duì)飛秒激光進(jìn)行分束，飛秒激光分束技術(shù)也日趨成熟。以往用于產(chǎn)生多脈沖的裝置有邁克爾遜裝置和時(shí)空變換裝置。邁克爾遜裝置包括分束鏡和多個(gè)反射鏡，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大。若為偏振光入射，則需要偏振分束鏡，成本很大。時(shí)空變換裝置包括光柵、透鏡、空間光調(diào)制器，而空間光調(diào)制器的精度在實(shí)際加工時(shí)很難滿足要求。這些元件的使用不僅增加了裝置的復(fù)雜程度，而且降低了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度，減小裝置的效率。高密度透射式光柵衍射效率極高，并且只有0級(jí)，士 1級(jí)衍射級(jí)次，若將其用于飛秒激光的分束具有很好的應(yīng)用前景。近幾年以來，在先技術(shù)周常河，白冰等，發(fā)明專利，公告號(hào)1325946采用低密度光柵對(duì)再接反射鏡的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)飛秒激光的共線分束和壓縮；在先技術(shù)周常河，鄭將軍，發(fā)明專利，公告號(hào)=100428040采用倍密度光柵對(duì)裝置構(gòu)造飛秒雙脈沖，其原路返回的結(jié)構(gòu)具有補(bǔ)償角色散和側(cè)向走離效應(yīng)，脈沖畸變小的特點(diǎn)；在先技術(shù)周常河，武騰飛等， 發(fā)明專利，公告號(hào)101650469提出用高密度深刻蝕光柵對(duì)裝置產(chǎn)生飛秒雙脈沖，并且可以實(shí)現(xiàn)單雙脈沖的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明提出使用高密度透射式光柵堆棧方法來構(gòu)造飛秒多脈沖的思想。飛秒激光通過一組完全相同的1X3高密度透射式光柵可以實(shí)現(xiàn)脈沖間隔可調(diào)的飛秒多脈沖的輸出。這種光柵堆棧結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以使飛秒激光分束裝置結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、緊湊，便于調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種飛秒多脈沖的產(chǎn)生裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，便于調(diào)節(jié)，具有重要的應(yīng)用前景。本發(fā)明的基本構(gòu)思是飛秒激光脈沖相繼通過1X3高密度透射式光柵時(shí)不斷衍射，在通過最后一片光柵衍射后，相對(duì)應(yīng)的垂直衍射光會(huì)相互疊加，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)飛秒多脈沖的輸出。通過調(diào)節(jié)各個(gè)光柵之間的距離，可以精確控制輸出多個(gè)脈沖間的時(shí)延。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種飛秒激光多脈沖產(chǎn)生裝置，其特點(diǎn)在于該裝置的構(gòu)成包括沿飛秒激光入射方向、依次平行放置的多個(gè)光柵，該多個(gè)光柵都垂直于飛秒激光入射方向，所述的多個(gè)光柵都是周期相同的1X3高密度透射式光柵，所述的多個(gè)光柵固定在一個(gè)調(diào)節(jié)裝置上，該調(diào)節(jié)裝置具有控制所述的每個(gè)光柵沿入射光束縱向移動(dòng)和垂直于入射光束橫向移動(dòng)的精密微調(diào)機(jī)構(gòu)。
所述的多個(gè)光柵都具有相同的結(jié)構(gòu)占空比f = 0.5，周期d的取值范圍為λ <d <2λ，λ為入射的飛秒激光脈沖的中心波長(zhǎng)。所述的光柵周期d = 1.36811111，深度11 = 0.61 Um0本發(fā)明的技術(shù)效果通過調(diào)節(jié)裝置，飛秒激光通過所述的光柵組后會(huì)產(chǎn)生多脈沖。通過調(diào)節(jié)所述光柵組內(nèi)的光柵間距，可以精確控制各個(gè)飛秒脈沖的時(shí)間延遲。


圖1是本發(fā)明飛秒激光多脈沖的產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的飛秒激光多脈沖的產(chǎn)生裝置如圖1所示，由圖可見，本發(fā)明飛秒多脈沖的產(chǎn)生裝置的構(gòu)成包括沿飛秒激光入射方向、依次平行放置的多個(gè)光柵，所述的多個(gè)光柵垂直于飛秒激光入射方向，所述的光柵都是周期相同的1X3高密度透射式光柵，所述的多個(gè)光柵固定在一個(gè)調(diào)節(jié)裝置上，該調(diào)節(jié)裝置具有控制所述光柵沿入射光束縱向移動(dòng)和垂直于入射光束橫向移動(dòng)的精密微調(diào)機(jī)構(gòu)。所述的多個(gè)高密度透射式光柵具有相同的結(jié)構(gòu)占空比f = 0. 5，周期d的取值范圍為λ <d<2X，λ為入射的飛秒激光脈沖的中心波長(zhǎng)，所述的光柵周期d = 1. 368 μ m，深度h = 0. 61 μ m。在本實(shí)施例中如圖2所示，圖中，“1”、“2”和“3”表示周期相同的高密度透射式光柵，依次平行地固定在調(diào)節(jié)裝置S上。其中，“2”和“3”分別裝配在二維精密移動(dòng)臺(tái)上，可以朝水平方向 Z軸和豎直方向X軸移動(dòng)。h和d分別為光柵的槽深和周期，Ll和L2分別為第一光柵與第二光柵，第二光柵和第三光柵的間距。所述的飛秒激光光源是一臺(tái)脈寬為90fs，輸出功率大于250mW，帶寬大于50nm，輻射波長(zhǎng)為780nm-840nm，中心波長(zhǎng)為800nm，重復(fù)頻率為76MHz的鈦寶石激光系統(tǒng)。所述的多個(gè)光柵是采用微納光學(xué)技術(shù)制作的高密度1X3透射式石英光柵，首先利用全息技術(shù)在涂有正光刻膠(Shipley S1818，USA)的鉻膜上記錄高密度光柵，然后對(duì)其進(jìn)行顯影，然后用去鉻液將光刻光柵圖案轉(zhuǎn)移至鉻膜上，并使用化學(xué)方法將殘留的光刻膠去除。最后，利用微電子刻蝕工藝，將制作的樣品放入感應(yīng)耦合等離子體刻蝕機(jī)中進(jìn)行刻蝕，再進(jìn)一步去除石英基片上的剩余鉻，制作成所需的1 X 3透射式石英光柵。本發(fā)明飛秒激光多脈沖的產(chǎn)生裝置的工作原理和基本過程是飛秒激光脈沖A垂直入射到第一光柵1發(fā)生衍射，B、C和D分別為A光的零級(jí)和正負(fù)一級(jí)衍射光，衍射角為Θ。B、C和D衍射光入射到相距第一光柵Ll處的第二光柵2繼續(xù)發(fā)生1X3衍射，衍射光入射到第三光柵3繼續(xù)衍射。由于光柵間的距離只有幾百微米，因此各級(jí)衍射光幾乎是重疊在一起，相對(duì)應(yīng)的垂直衍射光相互疊加，實(shí)現(xiàn)飛秒多脈沖的輸出。
4如果移動(dòng)第二光柵2與第三光柵3在Z軸方向移動(dòng)，可以通過改變?nèi)齻€(gè)光柵之間在Z向的距離，可以精確控制各個(gè)飛秒激光脈沖之間的時(shí)間延時(shí)。當(dāng)Ll興L2時(shí)，衍射光B(0，0)為第一束飛秒激光脈沖，B(l，-1)與B(-l，l)相互疊加形成第二束飛秒激光脈沖，C(-1，0)與 D(LO)相互疊加形成第三個(gè)飛秒激光脈沖，((0，-1)、((-2，1)、0(2，-1)與D(0，1)相互疊加形成第四個(gè)飛秒激光脈沖；當(dāng)Ll = L2時(shí)，第二個(gè)飛秒激光脈沖與第三個(gè)飛秒激光脈沖間的時(shí)間延遲為0，即兩個(gè)脈沖重合，也就是說，8(1，-1)』(-1，1)、((-1，0)與D(1，0)相互疊加形成一個(gè)脈沖的輸出，整個(gè)裝置變成三脈沖的產(chǎn)生裝置。 本發(fā)明飛秒激光多脈沖的產(chǎn)生裝置來產(chǎn)生多脈沖，與以往的時(shí)空變換技術(shù)相比較，本發(fā)明避免了使用透鏡，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，易集成化，操作方便，輸出脈沖效率高，在微加工領(lǐng)域及飛秒激光分束中有非常廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種飛秒激光多脈沖產(chǎn)生裝置，其特征在于該裝置由沿飛秒激光入射方向、依次平行放置的多個(gè)光柵(Gl、G2、，...、Gn)構(gòu)成，其中η為正整數(shù)，所述的多個(gè)光柵(G1、G2.....Gn)垂直于所述的飛秒激光入射方向，且依次的間隔分別為L(zhǎng)1、L2、. . . Ln_l，所述的多個(gè)光柵(G1、G2.....Gn)是周期相同的1 X 3高密度透射式光柵，所述的多個(gè)光柵(G1，G2，. . . Gn)固定在一個(gè)調(diào)節(jié)裝置(S)上，該調(diào)節(jié)裝置具有控制所述的每個(gè)光柵沿入射光束縱向移動(dòng)和垂直于入射光束橫向移動(dòng)的精密微調(diào)機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒激光多脈沖產(chǎn)生裝置，其特征在于所述的多個(gè)光柵(G1、G2.....Gn)具有相同的占空比f = 0.5，周期d的取值范圍為λ < d< 2λ , λ為入射的飛秒激光脈沖的中心波長(zhǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的飛秒激光多脈沖產(chǎn)生裝置，其特征在于所述的周期d= 1.368卩111，深度11 = 0·61μπι。
全文摘要
一種飛秒激光多脈沖產(chǎn)生裝置，其構(gòu)成包括沿飛秒激光入射方向、依次平行放置的多個(gè)光柵，該多個(gè)光柵都垂直于飛秒激光入射方向，多個(gè)光柵都是周期相同的1×3高密度透射式光柵并固定在調(diào)節(jié)裝置上，該調(diào)節(jié)裝置具有控制所述光柵沿入射光束縱向移動(dòng)和垂直于入射光束橫向移動(dòng)的精密微調(diào)機(jī)構(gòu)。該裝置對(duì)正啁啾的脈沖實(shí)現(xiàn)壓縮，并形成同波長(zhǎng)的脈沖間隔可調(diào)的多脈沖。本發(fā)明用于實(shí)現(xiàn)飛秒多脈沖的產(chǎn)生，和以往裝置的比較，具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，易集成化，便于調(diào)節(jié)，輸出光無角色散等優(yōu)點(diǎn)，在微加工領(lǐng)域及飛秒激光分束中有非常廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01S3/11GK102222856SQ20111009464
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者周倩, 周常河, 朱林偉 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所