專利名稱：高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高功率激光系統(tǒng)，特別是一種用于高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置，該裝置對(duì)于實(shí)現(xiàn)靶面的均勻輻照有著重要的作用。
背景技術(shù)：
在高功率激光系統(tǒng)中，由于物理實(shí)驗(yàn)的需要，要求最終輻照在靶面上的光強(qiáng)分布是頂部平坦、邊緣陡峭且無(wú)旁瓣的矩形分布。然而，光脈沖在高功率激光系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)多級(jí)放大器，最終輸出時(shí)，會(huì)在空間上呈現(xiàn)一定的強(qiáng)度和相位畸變。另一方面，即使從高功率激光系統(tǒng)中輸出的光脈沖是無(wú)強(qiáng)度和相位畸變的均勻平面波，當(dāng)它通過(guò)聚焦透鏡輻照到靶面上時(shí)，受衍射效應(yīng)影響，遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑近似為愛里斑，也與理想的矩形分布相差較大。為實(shí)現(xiàn)靶面的均勻輻照。目前已發(fā)展起來(lái)多種光束勻滑技術(shù)，光譜色散勻滑技術(shù)(SSD技術(shù))是其中的重要手段之一 (S. Skupsky, R. ff. Short, et al. , J. Appl. Phys. 66 (8) : 3456 (1989))。相位調(diào)制技術(shù)是SSD技術(shù)中的一個(gè)重要的單元環(huán)節(jié)，通過(guò)相位調(diào)制技術(shù)可以將光脈沖的光譜寬度展寬至Ij Δ V = 2 δ vm (S. Skupsky, R. ff. Short, et al. , J. Appl. Phys. 66 (8) : 3456 (1989)), 其中，vm是相位調(diào)制器的調(diào)制頻率，δ是相位調(diào)制器的調(diào)制深度，δ與相位調(diào)制器中的電光晶體的長(zhǎng)度L有關(guān)，在光脈沖滿足光波和微波相位匹配的條件下，L越長(zhǎng)，δ越大，相位調(diào)制器對(duì)光脈沖的光譜展寬能力也就越強(qiáng)。有研究表明，較寬的光譜寬度有利于提高SSD 技術(shù)的光束勻滑速率，使祀面得到更好的均勻福照(Two-dimensional SSD on Omega, LLE Rev. 69:1(1996))。
然而，光脈沖單程通過(guò)相位調(diào)制器時(shí)，相位調(diào)制器對(duì)光脈沖的相位調(diào)制的調(diào)制深度是一定的，因此對(duì)光脈沖的光譜展寬能力是有限的。中科院上海光機(jī)所的張琥杰等人提出采用雙程相位調(diào)制結(jié)構(gòu)來(lái)提高相位調(diào)制器調(diào)制度，從而提高相位調(diào)制器對(duì)光脈沖的光譜展寬能力的方法(張琥杰等，光學(xué)學(xué)報(bào)，30(4): 1071 (2010))。該雙程相位調(diào)制裝置的結(jié)構(gòu)如圖I所示，偏振態(tài)為第二類型偏振光的入射光脈沖以布儒斯特角入射到薄膜偏振片TFP 上，光脈沖被TFP反射,通過(guò)法拉第旋光器,光脈沖的偏振方向旋轉(zhuǎn)45° ,然后通過(guò)相位調(diào)制器，被0°全反鏡M反射后，再次通過(guò)經(jīng)相位調(diào)制器，然后光脈沖通過(guò)法拉第旋光器，偏振方向沿第一次旋轉(zhuǎn)方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)45°，此時(shí)光脈沖變?yōu)榈谝黄窆猓?jīng)薄膜偏振片TFP透射輸出。在該裝置中，光脈沖通過(guò)相位調(diào)制器兩次，經(jīng)歷了兩次相位調(diào)制。通過(guò)沿光束傳輸方向仔細(xì)調(diào)節(jié)反射鏡M的位置，使光波和微波滿足相位匹配條件(nL+2d)/c = m/vm，那么光脈沖第二次通過(guò)相位調(diào)制器時(shí)得到的相位調(diào)制的調(diào)制深度S 2可以與前一次的調(diào)制深度 δ !進(jìn)行累加，從而增大相位調(diào)制器對(duì)光脈沖的調(diào)制深度，提高相位調(diào)制器對(duì)光脈沖的光譜展寬能力。上式中，η和L分別為相位調(diào)制器中電光晶體的折射率和長(zhǎng)度，d是全反鏡M與相位調(diào)制器之間的距離，c為真空中的光速，m為整數(shù)。
為了進(jìn)一步提高相位調(diào)制器光脈沖的光譜展寬能力，以滿足物理實(shí)驗(yàn)的需求，需要采用多程相位調(diào)制的方式來(lái)使光脈沖多次通過(guò)相位調(diào)制器。張琥杰等人在文章中提出了對(duì)一種多程相位調(diào)制的設(shè)想方案，如圖2所示。該裝置的工作原理是，入射的第二類型偏振光脈沖經(jīng)薄膜偏振片TFPl反射進(jìn)入光路系統(tǒng),此時(shí)電光開關(guān)I未開啟，光脈沖經(jīng)薄膜偏振片TFP2反射入射到電光開關(guān)2上，電光開關(guān)2開啟，光脈沖通過(guò)相位調(diào)制器，經(jīng)0°全反鏡 Ml反射，再次通過(guò)相位調(diào)制器，待光脈沖再次通過(guò)電光開關(guān)2后，關(guān)閉電光開關(guān)2，此時(shí)光脈沖的偏振方向較入射時(shí)的偏振方向旋轉(zhuǎn)了 90° ,光脈沖變?yōu)榈谝活愋推窆?被第二薄膜偏振片TFP2透射，然后在以M2和M4為腔鏡的諧振腔內(nèi)往返多次通過(guò)相位調(diào)制器，這里，電光開關(guān)2開啟時(shí)起到了四分之一波片的作用，當(dāng)需要導(dǎo)出光脈沖時(shí)，同時(shí)開啟電光開關(guān)I、 2,光脈沖兩次通過(guò)電光開關(guān)2變?yōu)榈诙愋推窆?經(jīng)TFP2反射,通過(guò)電光開關(guān)1，光脈沖偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90° ,變?yōu)榈谝活愋推窆?然后光脈沖從TFPl透射導(dǎo)出腔外，電光開關(guān)I開啟時(shí)起二分之一波片的作用，可以使第一類型偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙愋推窆?。通過(guò)在光束傳輸方向上平移全反鏡Ml和M2可以使，光脈沖每次通過(guò)相位調(diào)制器時(shí)都滿足相位匹配條件， 使相位調(diào)制器對(duì)光脈沖的調(diào)制深度可以進(jìn)行累加，從而提高了相位調(diào)制器對(duì)光脈沖的光譜展寬能力。
然而，張琥杰等人提出的上述有關(guān)多程相位調(diào)制的設(shè)想存在以下的缺點(diǎn)和不足(I)，該裝置需要兩個(gè)電光開關(guān)，成本很高；(2)，該裝置中，光脈沖在以Ml和M2為腔鏡的諧振腔內(nèi)多次往返傳輸，光束會(huì)隨著傳輸距離的增加而發(fā)散，而相位調(diào)制器的通光口徑較小， 調(diào)制頻率為IOGHz的體材料相位調(diào)制器的通光口徑約為3X2mm (Jnoathan D. Zuegel and Douglas ff. Jacobs-Perkins, Applied Optics, 43 (9) : 1946 (2004)),光束發(fā)散最終導(dǎo)致的結(jié)果是，由于光束尺寸過(guò)大而使光脈沖不能完全通過(guò)相位調(diào)制器；(3)，光脈沖在腔內(nèi)傳輸會(huì)產(chǎn)生一定的損耗，在多程相位調(diào)制裝置中，光脈沖在腔內(nèi)多次往返傳輸，光脈沖損耗迅速增大，能量迅速下降，最終限制了光脈沖在腔內(nèi)所走的程數(shù)，限制了該裝置對(duì)光脈沖的光譜展寬能力。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置，該裝置可提高相位調(diào)制器對(duì)光脈沖的光譜展寬能力，從而提高光束勻滑的速率，提高了靶面的均勻輻照效果。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括沿光束行進(jìn)方向依次放置第一二分之一波片、第一薄膜偏振片、旋光單兀、第一全反鏡和多程相位調(diào)制單元
所述的旋光單元由沿入射光束行進(jìn)方向依次放置的第二二分之一波片和法拉第旋光器或者由沿入射光束行進(jìn)方向依次放置的法拉第旋光器和第二二分之一波片構(gòu)成；
所述的多程相位調(diào)制單元是一個(gè)包含有相位調(diào)制器的光學(xué)腔，由與光束傳輸方向成布儒斯特角的第二薄膜偏振片將光脈沖導(dǎo)入和導(dǎo)出所述的多程相位調(diào)制單元，在所述第二薄膜偏振片兩側(cè)分別放置的第二全反鏡和第五全反鏡構(gòu)成了多程相位調(diào)制單元的兩個(gè)腔鏡，所述的多程相位調(diào)制單元內(nèi)，在所述的第二薄膜偏振片和第二全反鏡之間，依次放置四分之一波片和電光開關(guān)，在所述的第二薄膜偏振片和第五全反鏡之間，依次放置第三全反鏡、第四全反鏡、第一透鏡、第三二分之一波片、相位調(diào)制器、第二透鏡和增益介質(zhì)；
所述的第一全反鏡的法線與光束傳輸方向的夾角等于布儒斯特角的余角，所述的5第一薄膜偏振片的法線與光束傳輸方向的夾角等于布儒斯特角；
當(dāng)入射光束經(jīng)所述的第一二分之一波片，旋轉(zhuǎn)所述的第一二分之一波片的晶軸將入射的線偏光轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝活愋推窆?，然后透過(guò)第一薄膜偏振片和旋光單元，變成第二類型偏振光，再經(jīng)第一全反鏡和多程相位調(diào)制單元，由多程相位調(diào)制單元返回的光束經(jīng)由所述的第一全反鏡、旋光單元輸出的第二類型偏振光，由所述的第一薄膜偏振片反射輸出。
所述的第一薄膜偏振片的法線和第二薄膜偏振片的法線與光束傳輸方向均成布儒斯特角，透射第一類型偏振光，反射第二類型偏振光，所述的第一類型偏振光和第二類型偏振光的偏振面相差90°，旋轉(zhuǎn)第一二分之一波片的晶軸將入射的線偏光轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝活愋推窆狻?br> 所述的旋光單元的作用是當(dāng)?shù)谝活愋推竦娜肷涔庹蛲ㄟ^(guò)所述的旋光單元后轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙愋推窆猓?dāng)所述的光從該旋光單元的另一端反向通過(guò)所述的旋光單元時(shí)， 輸出光的偏振態(tài)不變，仍為第二類型偏振光。
所述的第二全反鏡的法線和所述的第五全反鏡的法線與光束傳輸方向平行，并且所述的第二全反鏡和第五全反鏡分別固定在各自的一維平移臺(tái)上，該平移臺(tái)的平移方向與光束傳輸方向平行，通過(guò)調(diào)節(jié)平移臺(tái)以對(duì)所述的第二全反鏡和第五全反鏡沿著光束傳輸方向進(jìn)行平移調(diào)節(jié)。
所述的多程相位調(diào)制單元由第三全反鏡和第四全反鏡折疊，所述的第三全反鏡的法線和第四全反鏡的法線與光束傳輸方向的夾角為45°。
所述的第一透鏡和第二透鏡焦距相同且共焦放置，所述的第一透鏡和第二透鏡與所述的第二全反鏡和所述的第五全反鏡構(gòu)成4F系統(tǒng)，所述的相位調(diào)制器放置在所述的第一透鏡和第二透鏡之間的共焦點(diǎn)，這樣光脈沖通過(guò)相位調(diào)制器時(shí)，由于透鏡的聚焦作用，光束尺寸足夠小，入射光脈沖能夠完全通過(guò)相位調(diào)制器。
所述的增益介質(zhì)用來(lái)補(bǔ)償光脈沖在所述的多程相位調(diào)制單元中的傳輸損耗。
所述的第三二分之一波片的作用是，通過(guò)旋轉(zhuǎn)其晶軸，將正向入射的第一類型偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙愋推窆狻?br> 所述的相位調(diào)制器為體材料相位調(diào)制器(Jnoathan D. Zuegel and Douglas ff. Jacobs-Perkins, Applied Optics, 43 (9) : 1946 (2004)),通過(guò)在晶體上加載微波電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)第二類型偏振光脈沖的相位調(diào)制。
所述四分之一波片和所述電光開關(guān)的作用是通過(guò)控制光脈沖偏振方向的變化，實(shí)現(xiàn)所述的多程相位調(diào)制裝置的對(duì)光脈沖的導(dǎo)入與導(dǎo)出，所述四分之一波片的光軸與第二類型偏振光的偏振面成45°，所述電光開關(guān)開啟后的作用與所述四分之一波片的作用相互抵消。
通過(guò)控制所述電光開關(guān)的開啟的時(shí)間寬度來(lái)控制激光脈沖在所述的多程相位調(diào)制單元中的往返的次數(shù)，以得到需要的激光光譜寬度。
所述的第二全反鏡的法線和所述的第五全反鏡的法線與光束傳輸方向平行，通過(guò)沿光線傳輸方向調(diào)節(jié)所述的第二全反鏡和第五全反鏡與所述的相位調(diào)制器之間的距離可以使光波與微波滿足相位匹配條件(nL+2d)/c =m/vm，使光脈沖每一次通過(guò)所述的相位調(diào)制器后，光脈沖相位調(diào)制的調(diào)制深度可以與之前得到的調(diào)制深度進(jìn)行累加，光譜得到進(jìn)一步展寬(張琥杰等，光學(xué)學(xué)報(bào)，30 (4): 1071 (2010))。上式中，η和L分別為相位調(diào)制器中電光晶體的折射率和長(zhǎng)度，d是所述的第二全反鏡或第五全反鏡與相位調(diào)制器之間的距離，c 為真空中的光速，m為整數(shù)。通過(guò)沿光束傳輸方向平移第五全反鏡可以使光脈沖在被第五反射鏡反射后再次入射到相位調(diào)制器時(shí)，滿足微波與光波的相位匹配條件；而通過(guò)沿光束傳輸方向平移第二全反鏡可以使光脈沖在被第二全反鏡反射后再次入射到相位調(diào)制器時(shí)， 滿足微波與光波的相位匹配條件。所述的第二全反鏡和第五全反鏡分別固定在各自的一維平移臺(tái)上，平移臺(tái)的平移方向與光束傳播方向平行，通過(guò)調(diào)節(jié)平移臺(tái)可使所述的第二全反鏡和第五全反鏡沿著光束傳輸方向進(jìn)行平移，改變與相位調(diào)制器之間的距離。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
I、本發(fā)明裝置可以提高相位調(diào)制器對(duì)光脈沖的光譜展寬能力。采用諧振腔的結(jié)構(gòu)使光脈沖在腔內(nèi)多次往返通過(guò)相位調(diào)制器，并且通過(guò)調(diào)節(jié)第二全反鏡和第五全反鏡與相位調(diào)制器之間的距離來(lái)使光脈沖每一次通過(guò)相位調(diào)制器時(shí)，滿足光波與微波的相位匹配條件，這樣相位調(diào)制器對(duì)光脈沖進(jìn)行相位調(diào)制的調(diào)制深度會(huì)隨著光脈沖通過(guò)相位調(diào)制器次數(shù)的增加而增大，光脈沖的光譜寬度也會(huì)隨著光脈沖通過(guò)相位調(diào)制器次數(shù)的增加進(jìn)行增大。
2、本發(fā)明裝置通過(guò)在多程相位調(diào)制單元中放置增益介質(zhì)來(lái)補(bǔ)償光脈沖在傳輸過(guò)程中的損耗，使光脈沖在多程相位調(diào)制單元中能夠往返多程。光脈沖在多程相位調(diào)制單元中傳輸時(shí)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)光學(xué)元件，都會(huì)產(chǎn)生一定的損耗，對(duì)于單程或雙程相位調(diào)制而言，傳輸損耗對(duì)光脈沖不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，然而對(duì)于更多程的相位調(diào)制，傳輸損耗會(huì)引起光脈沖能量的急劇衰減，如果裝置輸出光脈沖的能量過(guò)小，就不能滿足后續(xù)光學(xué)器件的要求，因此傳輸損耗會(huì)使光脈沖通過(guò)相位調(diào)制器的程數(shù)受到限制。而通過(guò)在多程相位調(diào)制單元引入增益介質(zhì)來(lái)補(bǔ)償光脈沖的傳輸損耗，可以使光脈沖在多程相位調(diào)制裝置中的傳輸不再受傳輸損耗的限制。
3、本發(fā)明裝置通過(guò)在多程相位調(diào)制單元中引入4F系統(tǒng)，使光脈沖在多程相位調(diào)制單元中多次往返傳輸時(shí)能夠完全通過(guò)相位調(diào)制器。體材料相位調(diào)制器的通光口徑較小， 而光束會(huì)隨著傳輸距離的增加而發(fā)散，為了保證光脈沖在多程相位調(diào)制單元中傳輸時(shí)，光脈沖始終能夠順利通過(guò)相位調(diào)制器，本發(fā)明裝置在多程相位調(diào)制單元中引入了 4F系統(tǒng)，多程相位調(diào)制器的兩個(gè)腔鏡，第二全反鏡和第五全反鏡，分別位于4F系統(tǒng)的物面和像面，相位調(diào)制器放置在共焦透鏡組的共焦點(diǎn)附近，光脈沖通過(guò)第一透鏡或者第二透鏡聚焦在共焦點(diǎn)，這樣可以保證光脈沖每次以相同的光束尺寸順利通過(guò)相位調(diào)制器。


圖I是張琥杰等人提出的雙程相位調(diào)制結(jié)構(gòu)圖。
圖2是張琥杰等人提出的多程相位調(diào)節(jié)的設(shè)想。
圖3是本發(fā)明高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明旋光單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明多程相位調(diào)制單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
先請(qǐng)參閱圖3、圖4和圖5，圖3是本發(fā)明高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是本發(fā)明旋光單元的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是本發(fā)明多程相位調(diào)制單元的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置由沿光束行進(jìn)方向依次放置的第一二分之一波片I、第一薄膜偏振片2、旋光單兀3、第一全反鏡4和多程相位調(diào)制單元5構(gòu)成，所述的旋光單元3由沿入射光束行進(jìn)方向依次放置的第二二分之一波片3-1和法拉第旋光器3-2或者由沿入射光束行進(jìn)方向依次放置的法拉第旋光器3-2和第二二分之一波片3-1構(gòu)成，所述的多程相位調(diào)制單元5是一個(gè)包含有相位調(diào)制器5-8的光學(xué)腔，由與光束傳輸方向成布儒斯特角的第二薄膜偏振片5-1將光脈沖導(dǎo)入和導(dǎo)出所述的多程相位調(diào)制單元5，在所述第二薄膜偏振片5-1兩側(cè)放置的第二全反鏡5-4和第五全反鏡5-12構(gòu)成了多程相位調(diào)制單元5的兩個(gè)腔鏡，所述的多程相位調(diào)制單元5內(nèi)，沿入射光脈沖的傳輸方向，在所述的第二薄膜偏振片5-1和第二全反鏡5-4之間,依次放置四分之一波片5-2和電光開關(guān)5-3,在所述的第二薄膜偏振片5-1和第五全反鏡5-12之間,依次放置第三全反鏡 5-5、第四全反鏡5-6、第一透鏡5-7、第三二分之一波片5-8、相位調(diào)制器5_9、第二透鏡5_10 和增益介質(zhì)5-10。
光脈沖在所述高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置中的傳輸如下入射的光脈沖為線偏光，經(jīng)過(guò)所述的第一二分之一波片I調(diào)節(jié)后變?yōu)榈谝活愋推窆?，入射到法線與光束傳輸方向成布儒斯特角的第一薄膜偏振片2上，透射進(jìn)入旋光單元3，變?yōu)榈诙愋推窆?。然后，所述的光脈沖再經(jīng)第一全反鏡4反射后，入射到法線與光線傳輸方向成布儒斯特角的第二薄膜偏振片5-1上，被所述的第二薄膜偏振片5-1反射，進(jìn)入到多程相位調(diào)制單元 5中。此時(shí),所述的光脈沖經(jīng)四分之一波片5-2變?yōu)閳A偏振光,然后經(jīng)過(guò)電光開關(guān)5-3后被第二全反鏡5-4反射，此時(shí)電光開關(guān)5-3未開啟，當(dāng)被反射的光脈沖再次通過(guò)四分之一波片 5-2后,光脈沖變?yōu)榈谝活愋推窆?然后被第二薄膜偏振片5-1透射。然后開啟電光開關(guān) 5-3，電光開關(guān)5-3的作用與四分之一波片5-2的作用相互抵消。被透射的光脈沖經(jīng)第三全反鏡5-5和第四全反鏡5-6反射后入射到第一透鏡5-7上，通過(guò)第三二分之一波片5-8 后，變?yōu)榈诙愋推窆?。然后，所述的光脈沖在第一透鏡5-7和第二透鏡5-10的共焦點(diǎn)附近通過(guò)體材料相位調(diào)制器5-9，然后通過(guò)第二透鏡5-10和增益介質(zhì)5-11被第五反射鏡 5-12反射,沿原光路傳輸,再次通過(guò)第三二分之一波片，光脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝活愋推窆猓高^(guò)第二薄膜偏振片5-1后,再次通過(guò)四分之一波片5-2和電光開關(guān)5-3,由于二者作用相互抵消，光脈沖偏振態(tài)不發(fā)生變化，光脈沖仍是第一類型偏振光，經(jīng)第二全反鏡反射后再次傳輸至第二薄膜偏振片5-1時(shí)，仍被第二薄膜偏振片5-1透射。這樣，所述的光脈沖就被限制在多程相位調(diào)制單元5中，多次通過(guò)相位調(diào)制器5-9，光脈沖的相位得到多次相位調(diào)制。當(dāng)光脈沖需要被導(dǎo)出腔外時(shí)，關(guān)閉電光開關(guān)5-3,光脈沖兩次通過(guò)四分之一波片5-2變?yōu)榈诙愋推窆?，再次入射到第二薄膜偏振?-1上時(shí)，被第二薄膜偏振片5-1反射，導(dǎo)出多程相位調(diào)制單元5。然后，光脈沖經(jīng)第一全反鏡4反射，入射到旋光單元3，經(jīng)過(guò)法拉第旋光器 3-2和第二二分之一波片3-1后,光脈沖仍為第二類型偏振光,所述光脈沖被第一薄膜偏振片2反射，導(dǎo)出所述的用于高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置。
在對(duì)所述光脈沖進(jìn)行多程相位調(diào)制之前，先沿光線傳輸方向平移第二全反鏡5-4 和第五全反鏡5-12,使光脈沖每一次通過(guò)相位調(diào)制器5-9時(shí),光波和微波滿足相位匹配條件。首先調(diào)節(jié)第五全反鏡5-12，先不開啟電光開關(guān)5-3，入射到多程相位調(diào)制單元5的光脈沖兩次通過(guò)四分之一波片5-2，變?yōu)榈谝活愋推窆?，透過(guò)第二薄膜偏振片5-1，然后兩次通過(guò)相位調(diào)制器5-9，兩次通過(guò)四分之一波片5-2，變回到第二偏振光，被第二薄膜偏振片5-1反射，導(dǎo)出多程相位調(diào)制裝置，觀察所述的被導(dǎo)出裝置的光脈沖的光譜，沿光束傳輸方向平移第五全反鏡5-12，直到觀察到被導(dǎo)出的光脈沖的光譜寬度最大為止，此時(shí)調(diào)節(jié)好了第五全反鏡5-12的位置。然后調(diào)節(jié)第二全反鏡5-4，在光脈沖導(dǎo)入多程相位調(diào)制單元5 并兩次通過(guò)四分之一波片5-2變?yōu)榈谝活愋推窆夂?開啟電光開關(guān)5-3,電光開關(guān)開啟的時(shí)間寬度為，使光脈沖四次通過(guò)相位調(diào)制器5-8，然后關(guān)閉電光開關(guān)5-3，光脈沖兩次經(jīng)過(guò)四分之一波片5-2變?yōu)榈诙愋推窆猓坏诙∧て衿?-1導(dǎo)出多程相位調(diào)制單元5， 隨后被第一薄膜偏振片2導(dǎo)出所述的高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置，觀察導(dǎo)出的光脈沖的光譜，同時(shí)沿光束傳播方向平移第二全反鏡，直到導(dǎo)出的光脈沖的光譜寬度最大，此時(shí)，第二全反鏡5-4已被調(diào)節(jié)好。至此，第二全反鏡5-4和第五全反鏡5-12都已被調(diào)節(jié)好， 光脈沖在多程相位調(diào)制單元5中傳輸時(shí)，每一次通過(guò)相位調(diào)制器5-9，都滿足光波與微波的相位匹配條件，隨著光脈沖通過(guò)相位調(diào)制器5-9次數(shù)的增加，相位調(diào)制器5-9對(duì)光脈沖的調(diào)制深度增大，光脈沖的光譜寬度不斷加寬。
對(duì)光脈沖進(jìn)行多程相位調(diào)制時(shí)，偏振態(tài)為線偏光的入射光脈沖經(jīng)過(guò)第一二分之一波片I、第一薄膜偏振片2和旋光單元3后，變?yōu)榈诙窆猓?jīng)第一全反鏡4反射后，通過(guò)第二薄膜偏振片5-1導(dǎo)入到多程相位調(diào)制單元5內(nèi)，所述的光脈沖兩次經(jīng)過(guò)四分之一波片 5-2后,變?yōu)榈谝活愋推窆?然后開啟電光開關(guān)5-3,四分之一波片5-2的作用與電光開關(guān)的作用5-3相互抵消，所述的光脈沖在多程相位調(diào)制單元5中往返傳輸，多次通過(guò)相位調(diào)制器5-9，通過(guò)程數(shù)由電光開關(guān)的開啟的時(shí)間寬度決定，當(dāng)光脈沖的光譜被展寬到所需要的寬度時(shí)，關(guān)閉電光開關(guān)5-3,所述的光脈沖兩次經(jīng)過(guò)四分之一波片5-2,變?yōu)榈诙愋推窆? 入射到第二薄膜偏振片5-1上被反射,依次通過(guò)第一全反鏡4和旋光單兀3,由第一薄膜偏振片2導(dǎo)出所述的高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置。
實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明裝置提高了相位調(diào)制器對(duì)光脈沖的光譜展寬能力，從而提高光束勻滑的速率，提高了靶面的均勻輻照效果。
權(quán)利要求
1.一種高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置，特征在于其構(gòu)成包括沿光束行進(jìn)方向依次放置第一二分之一波片(I)、第一薄膜偏振片(2)、旋光單兀(3)、第一全反鏡(4)和多程相位調(diào)制單元(5) 所述的旋光單元(3)由沿入射光束行進(jìn)方向依次放置的第二二分之一波片(3-1)和法拉第旋光器(3-2)或者由沿入射光束行進(jìn)方向依次放置的法拉第旋光器(3-2)和第二二分之一波片(3-1)構(gòu)成； 所述的多程相位調(diào)制單元(5)是一個(gè)包含有相位調(diào)制器(5-9)的光學(xué)腔，由與光束傳輸方向成布儒斯特角的第二薄膜偏振片(5-1)將光脈沖導(dǎo)入和導(dǎo)出所述的多程相位調(diào)制單元(5)，在所述第二薄膜偏振片(5-1)兩側(cè)分別放置的第二全反鏡(5-4)和第五全反鏡(5-12)構(gòu)成了多程相位調(diào)制單元(5)的兩個(gè)腔鏡，所述的多程相位調(diào)制單元(5)內(nèi)，在所述的第二薄膜偏振片(5-1)和第二全反鏡(5-4)之間,依次放置四分之一波片(5-2)和電光開關(guān)(5-3)，在所述的第二薄膜偏振片(5-1)和第五全反鏡(5-12)之間，依次放置第三全反鏡(5-5)、第四全反鏡(5-6)、第一透鏡(5-7)、第三二分之一波片(5-8)、相位調(diào)制器(5-9)、第二透鏡(5-10)和增益介質(zhì)(5-11)； 所述的第一全反鏡(4)的法線與光束傳輸方向的夾角等于布儒斯特角的余角，所述的第一薄膜偏振片(2)的法線與光束傳輸方向的夾角等于布儒斯特角； 當(dāng)入射光束經(jīng)所述的第一二分之一波片(1)，旋轉(zhuǎn)所述的第一二分之一波片(I)的晶軸將入射的線偏光轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝活愋推窆?，然后透過(guò)第一薄膜偏振片(2)和旋光單兀(3),變成第二類型偏振光，再經(jīng)第一全反鏡(4)和多程相位調(diào)制單元(5)，由多程相位調(diào)制單元(5)返回的光束經(jīng)由所述的第一全反鏡(4)、旋光單元(3)輸出的第二類型偏振光，由所述的第一薄膜偏振片(2)反射輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置，其特征在于，所述的第一薄膜偏振片(2)的法線和第二薄膜偏振片(5-1)的法線與光束傳輸方向均成布儒斯特角，透射第一類型偏振光，反射第二類型偏振光，所述的第一類型偏振光和第二類型偏振光的偏振面相差90°，旋轉(zhuǎn)第一二分之一波片(I)的晶軸將入射的線偏光轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝活愋推窆狻?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置，其特征在于所述的旋光單元(3)的作用是當(dāng)?shù)谝活愋推竦娜肷涔庹蛲ㄟ^(guò)所述的旋光單元(3)后轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙愋推窆?，?dāng)所述的光從該旋光單元(3)的另一端反向通過(guò)所述的旋光單元(3)時(shí)，輸出光的偏振態(tài)不變，仍為第二類型偏振光。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置，其特征在于所述的第二全反鏡(5-4)的法線和所述的第五全反鏡(5-12)的法線與光束傳輸方向平行，并且所述的第二全反鏡(5-4)和第五全反鏡(5-12)分別固定在各自的一維平移臺(tái)上，該平移臺(tái)的平移方向與光束傳輸方向平行，通過(guò)調(diào)節(jié)平移臺(tái)以對(duì)所述的第二全反鏡(5-4)和第五全反鏡(5-12)沿著光束傳輸方向進(jìn)行平移調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置，其特征在于所述的多程相位調(diào)制單元(5)由第三全反鏡(5-5)和第四全反鏡(5-6)折疊，所述的第三全反鏡的法線和第四全反鏡的法線與光束傳輸方向的夾角為45°。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置，其特征在于通過(guò)旋轉(zhuǎn)所述的第三二分之一波片(5-8)的晶軸，將正向入射的第一類型偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙愋推窆狻?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置，其特征在于所述的相位調(diào)制器(5-9)為體材料相位調(diào)制器，通過(guò)在晶體上加載微波電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)第二類型偏振光脈沖的相位調(diào)制。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置，其特征在于所述的第一透鏡(5-7)和第二透鏡(5-10)焦距相同且共焦放置，所述的第一透鏡(5-7)和第二透鏡(5-10)與所述的第二全反鏡(5-4)和所述的第五全反鏡(5-12)構(gòu)成4F系統(tǒng)，所述的相位調(diào)制器(5-9)放置在所述的第一透鏡(5-7)和第二透鏡(5-10)之間的共焦點(diǎn)，使光束尺寸足夠小，能夠順利通過(guò)所述的相位調(diào)制器(5-9)。
全文摘要
一種高功率激光系統(tǒng)的多程相位調(diào)制裝置，其構(gòu)成包括沿入射光束行進(jìn)方向依次放置第一二分之一波片、第一薄膜偏振片、旋光單元、第一全反鏡和多程相位調(diào)制單元，本發(fā)明采用光學(xué)腔的結(jié)構(gòu)使光脈沖多次通過(guò)相位調(diào)制器，可以提高相位調(diào)制器對(duì)光脈沖的相位調(diào)制能力，對(duì)于實(shí)現(xiàn)高功率激光系統(tǒng)靶面均勻輻照具有重要的意義。
文檔編號(hào)G02B26/06GK102928989SQ20121039596
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者張鵬, 李學(xué)春, 姜有恩, 黃陽(yáng), 彭宇杰, 徐鵬翔 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所