專利名稱：用于控制載波包絡(luò)相位的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例總的涉及用于控制載波包絡(luò)相位的方法和裝置。具體地 說，本發(fā)明的各實(shí)施例提供通過控制光柵間距來控制載波包絡(luò)相位的方法和裝 置。
背景技術(shù)：
常常采用線性調(diào)頻脈沖放大(CPA)激光系統(tǒng)來將激光脈沖放大到毫焦級 或更高的能量。例如，可采用CPA激光系統(tǒng)來產(chǎn)生高能激光脈沖以研究原子 物理的各個方面，諸如阿秒脈沖發(fā)生、閾上電離和分子離解之類。常常需要使 產(chǎn)生的激光脈沖的載波包絡(luò)相位穩(wěn)定以防止測量誤差。己知通過將反饋回路添 加至CPA系統(tǒng)所采用的振蕩器來使載波包絡(luò)相位穩(wěn)定。遺憾的是，將反饋回 路添加至振蕩器會干擾振蕩器的輸出功率并限制反饋帶寬，由此干涉CPA激 光系統(tǒng)的輸出。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例可解決上述問題并提供在控制載波包絡(luò)相位領(lǐng)域的突出 進(jìn)步。更具體地說，本發(fā)明的各實(shí)施例提供通過控制光柵間距來控制載波包絡(luò) 相位的方法和裝置。
在各實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種線性調(diào)頻脈沖放大激光系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括-激光源、包括隔開一間距的第一和第二脈沖修改元件的脈沖修改裝置、定位元 件、測量裝置、以及反饋控制器。激光源可操作以產(chǎn)生激光脈沖，脈沖修改裝 置可操作以修改激光脈沖的至少一部分。定位元件可操作以重新定位脈沖修改 裝置的至少一部分來改變間距。測量裝置可操作以測量產(chǎn)生的激光脈沖的載波 包絡(luò)相位，反饋控制器可操作以基于已被測量的載波包絡(luò)相位控制定位元件來 改變脈沖修改元件的間距，并控制由激光源產(chǎn)生的至少一個激光脈沖的載波包 絡(luò)相位。
應(yīng)該理解，前面的總體描述和后面的詳細(xì)描述僅僅是示例性和說明性的， 不一定限制所要求保護(hù)的本發(fā)明。附圖結(jié)合入說明書并構(gòu)成說明書的一部分， 這些附圖示出本發(fā)明的實(shí)施例，且與總體描述一起用來說明本發(fā)明的原理。
以下參見附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例來構(gòu)造的激光系統(tǒng)的框圖2是可操作以被本發(fā)明的實(shí)施例利用的一光柵壓縮器的示意圖3是可操作以被本發(fā)明的實(shí)施例利用的一棱鏡壓縮器的示意圖4是可操作以被本發(fā)明的實(shí)施例利用的一光柵拉伸器的示意圖5是可操作以被本發(fā)明的實(shí)施例利用的另一光柵拉伸器的示意圖6是示出載波包絡(luò)相位的曲線圖；以及
圖7是可操作以被本發(fā)明的實(shí)施例利用的一反饋控制器的示意圖。 附圖并不將本發(fā)明局限于這些所示和所述的特定實(shí)施例。附圖不一定按比 例繪制，而是著重于清楚地顯示本發(fā)明的各實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
7下面對于本發(fā)明各實(shí)施例的詳細(xì)描述將參照附圖，這些附圖示出了可實(shí)現(xiàn) 本發(fā)明的具體實(shí)施例。諸實(shí)施例將充分詳細(xì)地描述本發(fā)明的諸方面，以使熟悉 本領(lǐng)域的技術(shù)人員能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，可采用其 它實(shí)施例，也可作出改變。下面的詳細(xì)描述因此不應(yīng)有限制的意思。本發(fā)明的 范圍只由所附的權(quán)利要求連同這些權(quán)利要求所要求的等同完整范圍一起來限 定。
本發(fā)明的各實(shí)施例采用圖1所示的激光系統(tǒng)10。在一些實(shí)施例中，激光系 統(tǒng)10構(gòu)成為線性調(diào)頻脈沖放大(CPA)激光系統(tǒng)，該激光系統(tǒng)包括能拉伸和/ 或壓縮激光脈沖的脈沖修改裝置。
如同在本領(lǐng)域中己知的那樣，CPA激光系統(tǒng)通常通過使用實(shí)施線性調(diào)頻功
能的部件來產(chǎn)生高能激光脈沖。激光源產(chǎn)生包括多波長輻射的短持續(xù)時間的脈 沖能。該脈沖例如可具有例如幾十飛秒量級的持續(xù)時間和例如納焦量級的能 量。激光脈沖耦合入線性調(diào)頻系統(tǒng)，該線性調(diào)頻系統(tǒng)包括拉伸器和壓縮器。拉
伸器的功能是臨時拉伸激光脈沖或分散脈沖；由此以不同速率延遲脈沖的不同 波長分量，從而通常使短波長比長波長更加延遲。因此，短波長在時間上比長 波長較后離開拉伸器。在離開拉伸器之后，脈沖的持續(xù)時間是其進(jìn)入拉伸器時 的持續(xù)時間的幾萬倍量級。拉伸脈沖的持續(xù)時間還具有以同一因子減小波形的 功率的作用。該脈沖稱為已被線性調(diào)頻。
然后通過一級或多級增益中間物將線性調(diào)頻脈沖放大106或更高的因子。 已被放大的線性調(diào)頻脈沖進(jìn)入壓縮器，該壓縮器以與拉伸器大小相等方向相反 的方式臨時壓縮激光脈沖。因此，使長波長比短波長更加延遲，從而使激光脈 沖的持續(xù)時間減小到大致被線性調(diào)頻之前。正如關(guān)鍵的那樣，將脈沖的峰值功 率增大同一因子，從而脈沖的功率是10^W的量級。
在一些實(shí)施例中，激光系統(tǒng)10可包括激光源12、振蕩器14、拉伸器16、 放大器18、壓縮器20、測量裝置22、定位元件24s和24c、以及反饋控制器 26。如同將在下面更詳細(xì)討論的，激光系統(tǒng)10可操作以通過調(diào)節(jié)拉伸器16和 /或壓縮器所采用的間距來產(chǎn)生具有大體穩(wěn)定的載波包絡(luò)(CE)相位的激光脈 沖。
從諸如振蕩器14之類的激光器發(fā)射的輻射電場的大體特征如圖6所示，具有在低頻包絡(luò)42內(nèi)振蕩的高頻載波40。 CE相位cpCE是包絡(luò)波42的峰值與 載波40的最近峰值之間的差。
激光源12、振蕩器14和放大器18可以大體是如上所述的傳統(tǒng)CPA激光 系統(tǒng)。因此，例如，激光源12可包括可操作以產(chǎn)生或泵激激光的任何元件或 元件的組合。激光源12可包括由美國專利第7,050,474號披露的諸如威爾第 (Verdi)6激光器和/或激光源之類的泵激光器，在此以參見的方式引入該專利。 激光源12還可包括聲光調(diào)制器(AOM)，聲光調(diào)制器通過調(diào)制信號的功率來 使激光信號的偏移頻率穩(wěn)定。在各實(shí)施例中，激光源12可包括振蕩器14。
振蕩器14可包括可操作以產(chǎn)生所想要的波長、幅值和持續(xù)時間的激光脈 沖的任何元件或元件的組合。在一些實(shí)施例中，振蕩器14可采用本領(lǐng)域中已 知的任何傳統(tǒng)的載波包絡(luò)相位穩(wěn)定技術(shù)。振蕩器14可包括線性調(diào)頻鏡像補(bǔ)償 的鈦:藍(lán)寶石飛秒振蕩器。如同將會意識到的那樣，激光源12和振蕩器14可操 作以產(chǎn)生多個激光脈沖。
為了從激光系統(tǒng)10獲得高輸出功率，可采用普克爾斯盒(PC)來選擇來 自振蕩器14的脈沖，該脈沖具有相同的載波包絡(luò)相位。PC可將選擇的脈沖提 供至拉伸器16以供拉伸。將具有相同或相似載波包絡(luò)相位的脈沖提供至拉伸 器16是所想要的，因?yàn)樗珊喕瘻y量并能更加容易地糾正載波包絡(luò)相位。
振蕩器14還可包括馬赫-秦特型f至2f干涉儀和由門洛系統(tǒng)公司 (Menlosystems GmbH)制造的飛秒相位穩(wěn)定單元XPS800之類的鎖定電子單 元。通常，干涉儀從振蕩器自身接收信號，干涉儀從中產(chǎn)生載波包絡(luò)偏移頻率。 鎖定電子單元接收該偏移頻率并產(chǎn)生誤差信號，該誤差信號可反饋至光源12 的AOM，該AOM調(diào)制光源12信號。
利用一個或多個諸如衍射光柵(也可簡稱為光柵)、棱鏡、反射鏡、透鏡 及其組合之類的脈沖修改元件，拉伸器16可操作以拉伸激光脈沖來增大激光 脈沖的持續(xù)時間。例如，可將脈沖拉伸至大約80皮秒以有利于被放大器16放 大，這將在下面更詳細(xì)地描述。拉伸器16可采用本領(lǐng)域中己知的任何拉伸結(jié) 構(gòu)。
示例性的光柵在圖2中以放大形式顯示為附圖標(biāo)記30f和30g。如同可看 到的那樣，每個光柵30f、 30g包括多個平行的和等距的凹槽，這些凹槽通常蝕刻在玻璃上。凹槽具有如圖2所示的凹槽間距d，該凹槽間距d可以是lpm
的量級。
在一些實(shí)施例中，如圖4和5所示，拉伸器16可以是衍射光柵拉伸器(也 可簡稱為光柵拉伸器)，該衍射光柵拉伸器采用一個或多個光柵來拉伸激光脈 沖。圖4的光柵拉伸器16采用基于透鏡的望遠(yuǎn)鏡，并包括兩個光柵30a和30b、 以及諸如透鏡32a、 32b的一個或多個透鏡32，以拉伸激光脈沖。光柵30c是 由望遠(yuǎn)鏡形成的光柵30a的像。
圖5的光柵拉伸器實(shí)施例采用基于反射鏡的望遠(yuǎn)鏡，并包括光柵30d、30e、 以及諸如反射鏡34a、 34b的一個或多個反射鏡34，以拉伸激光脈沖。如同熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員會意識到的那樣，拉伸器16可采用脈沖修改元件的任何 組合以至少部分地拉伸激光脈沖，從而拉伸器16并不局限于上述的具體例子。
已被拉伸器16拉伸的激光脈沖被提供至放大器18以供放大。如上所述， 放大器18可采用通常傳統(tǒng)的放大元件來將拉伸的激光脈沖放大至任何所想要 的功率電平。例如，放大器18可將3納焦、80皮秒的激光脈沖放大至5毫焦 的激光脈沖。在一些實(shí)施例中，放大器18可采用14通道的鈦:藍(lán)寶石晶體放大 器來放大脈沖。放大器18還可采用液氮冷卻以有利于放大至所想要的功率電 平，并可采用本領(lǐng)域中己知的任何傳統(tǒng)的載波包絡(luò)相位穩(wěn)定技術(shù)。
壓縮器20可操作以壓縮已被拉伸器16拉伸和放大器18放大的激光脈沖。 壓縮器20可利用一個或多個諸如光柵30、棱鏡36、反射鏡34、透鏡32及其 組合之類的脈沖修改元件，來將已被放大的激光脈沖壓縮至所想要的持續(xù)時 間。在一些實(shí)施例中，壓縮器20可操作以將已被放大器放大的80皮秒的激光 脈沖壓縮至25飛秒。壓縮器20可采用本領(lǐng)域已知的任何壓縮器結(jié)構(gòu)。
在一些實(shí)施例中，如圖2所示，壓縮器20可包括光柵壓縮器，該光柵壓 縮器采用至少兩個光柵30f、 30g以壓縮激光脈沖。光柵30f、 30g隔開所示的 間距G。在其它實(shí)施例中，如圖3所示，壓縮器20可包括棱鏡壓縮器，該棱 鏡壓縮器采用諸如棱鏡36a、36b的至少兩個棱鏡36以壓縮激光脈沖。棱鏡36a、 36b的頂點(diǎn)也隔開間距G。
利用一個或多個脈沖修改元件和/或通常傳統(tǒng)的方法，可將已被壓縮器20 壓縮的激光脈沖引導(dǎo)至諸如靶的輸出端，以將一個或多個已被放大的脈沖施加
10至靶。
在各實(shí)施例中，可采用測量裝置22來測量已被壓縮的激光脈沖中的一個 或多個激光脈沖，以識別已被壓縮的激光脈沖的載波包絡(luò)相位。測量裝置22 可包括光束分離器，該光束分離器可操作以將壓縮器20產(chǎn)生的輸出脈沖的一 部分饋送至共線的f至2f干涉儀，從而測量多個激光脈沖的載波包絡(luò)相位或其 改型。然而，測量裝置22可包括可操作以測量一個或多個產(chǎn)生的脈沖的載波 包絡(luò)相位的任何元件或元件的組合，諸如基于測量空間不對稱的閾上電離信號 的相位計。
反饋控制器26可操作以從測量裝置22接收信號并將輸出的控制信號發(fā)送 至定位元件24s、 24c。反饋控制器26可包括諸如計算機(jī)或其它數(shù)據(jù)處理單元 的可操作以運(yùn)行定制軟件應(yīng)用的電子信號處理設(shè)備，諸如微處理器、微控制器 或現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的通用電子電路，或?qū)Ｓ眉呻娐?，或其組合。
通常，反饋控制器26從測量裝置22接收電子輸入信號并將一個或多個電 子信號輸出至定位元件24s、 24c。反饋控制器26還可包括如圖7所示的負(fù)反 饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。來自測量裝置22的反饋信號作為負(fù)輸入耦合至求和元件 50。所想要的CE相位正輸入至求和元件50。求和元件50的輸出耦合至控制 元件52。各種控制電路結(jié)構(gòu)可用于控制元件，諸如比例積分微分(PID)控制 器，這可通過硬件和軟件來實(shí)現(xiàn)?？刂圃?2的輸出耦合至定位元件24s、24c。
定位元件24s、 24c可操作以控制拉伸器16和壓縮器20的部件(諸如透 鏡、反射鏡和光柵)的位置。定位元件24s、 24c可包括具有壓電換能器(PZT) 元件的電子驅(qū)動轉(zhuǎn)化級，透鏡、反射鏡、光柵等可安裝在壓電換能器元件上。 PZT級的例子是由托爾實(shí)驗(yàn)室公司(Thorlabs, Inc.)制造的MAX311。定位元 件通?？蓮姆答伩刂破?6接收信號，以沿著一個直線軸線的任一方向移動拉 伸器16和壓縮器20的部件。在一些實(shí)施例中，激光系統(tǒng)10可包括定位元件 24s、 24c中的僅僅一個定位元件。
定位元件24s與拉伸器16—起使用。在各實(shí)施例中，定位元件24s如圖5 所示與反射鏡34a耦合。在其它實(shí)施例中，定位元件24s可與光柵30d或光柵 30e耦合。定位元件24c與壓縮器20—起使用。在各實(shí)施例中，定位元件24c 如圖2所示與光柵30g耦合。在其它實(shí)施例中，定位元件24c可與光柵30f耦
1合。然而，如同將在下面更詳細(xì)描述的那樣，定位元件24s、 24c可與拉伸器 16和/或壓縮器20的任何部分耦合。
在各實(shí)施例中，系統(tǒng)10操作如下。激光振動器14產(chǎn)生已被AOM處理的 若干周期的脈沖。脈沖的CE相位偏移頻率fo可鎖定至振蕩器重復(fù)頻率f^的 某一百分比、例如25%，其中frep可以是80MHz。振蕩器的輸出被分離，已被 分離的輸出部分輸入至f至2f千涉儀，在該干涉儀中獲得偏移頻率并輸出至鎖 定電子單元。從該偏移頻率中，鎖定電子單元測量誤差信號e，其中 s = /。-/re,/4。誤差信號值被轉(zhuǎn)化成電子信號，該電子信號反饋至AOM，該 AOM調(diào)制來自激光的功率以使偏移頻率穩(wěn)定。
PC以所想要的重復(fù)頻率、例如1 kHz選擇具有相同CE相位的脈沖。這些
脈沖前進(jìn)至拉伸器16?？墒褂脠D4或圖5的拉伸器實(shí)施例或任何已知的拉伸器
結(jié)構(gòu)。圖4中的光柵間距G,是光柵30b和像30c之間的距離，圖5中的光柵間
距&是光柵30d和30e之間的距離。該距離可如下給出 《=/e#cos(^+&) , (i)
其中Q是圖4的光柵30b和30c之間的有效直線距離、以及圖5的光柵 30d和30e之間的有效直線距離。；k,是入射角，《是入射光線和衍射光線之間 的銳角，Ov+A)是衍射角。
當(dāng)兩個透鏡32a、 32b是共焦的或兩個反射鏡34a、 34b是共焦的時，Q可 由下式給出z 。
Q =[/-2(/1+/2)]
/2
，(2)
其中/和y;是在光柵30b、 30c或30d、 30e之間形成望遠(yuǎn)鏡的透鏡或反射 鏡的焦距，z是兩個光柵30b、30c或30d、30e之間的幾何距離。在其中,=/2 = /
的實(shí)施例中，則以上等式可簡化成 ;="4/. (3)
將等式3代入等式1，結(jié)果 G,+4/)c，+A). (4)
因此，光柵間距取決于光柵之間的距離(/)以及反射鏡或透鏡的焦距(/)。 已被時間拉伸的脈沖從拉伸器16輸出并在放大器18中被放大許多量級。
12已被放大的脈沖然后輸入壓縮器20。圖3的基于棱鏡的實(shí)施例可用作壓縮器
20，然而，圖2的基于光柵的實(shí)施例產(chǎn)生高能激光脈沖且通常用在需要高能輸 出的情形中。用于壓縮器20的光柵間距G。是直線距離G，如同在圖2的實(shí)施 例中所標(biāo)示的那樣。
己被壓縮的脈沖從壓縮器輸出并通常被光束分離器分離出其一部分能量 (通常小于l)iJ)，且耦合至測量裝置22。測量裝置22的共線的f至2f干涉儀 測量輸出脈沖的相對CE相位。干涉儀將相對CE相位轉(zhuǎn)化成饋送至反饋控制 器26的電壓電平。
本發(fā)明的實(shí)施例允許根據(jù)反饋控制器的輸入形成所想要的CE相位。作為
例子，可采用電壓電平作為輸入至反饋控制器26的反饋信號。反饋控制器26
中的求和元件50將作為正數(shù)的所想要的CE相位值與作為負(fù)數(shù)的來自測量裝置
22的已測量的CE相位值相加。結(jié)果是所想要的CE相位與實(shí)際的CE相位之
間的差，將該差輸入控制元件52?；谠摬畹拇笮?，控制元件52將信號發(fā)送
至定位元件24c、 24s，以根據(jù)需要移動脈沖修改元件。
對于壓縮器20，脈沖的光譜相位由下式給出
G
4;r —tan[> , (5)
其中"是脈沖的頻率分量，T是群時延。相位速度和群速度中的差將CE 相位引入壓縮器，該差由下式給出-
l'-fe 1o一HK)"兀了tan[「，0)] , (6)
其中化Z是出口處的CE相位。假如光柵之間的間距由于熱漂移和機(jī)械振 動而改變AG的量，則隨后的CE相位變化是 △fe = 4 r竿tan["，0)]. (7)
當(dāng)入射角接近其中光柵最有效的利特羅(Littrow)角時，W^)sO，等式 7可簡化成
△fe《4;r tan("^^ (8)
因此，用于壓縮器20的CE相位取決于衍射光柵凹槽間距d (是常數(shù))， 但更重要地取決于光柵的間距G。
13在各實(shí)施例中，定位元件24c可耦合至脈沖修改元件一光柵30f、 30g的 中一個或兩個。定位元件24c也可操作以移動光柵30f、 30g中的一個或兩個來 直接控制光柵之間的間距，由此控制CE相位，如等式8所示。然而，如上所 述，定位元件24c可與壓縮器20的任何部分耦合，且不一定要與光柵30f、 30g 耦合。例如，定位元件24c可與各透鏡32耦合。
對于拉伸器16，與以上等式5-8所示的對于壓縮器20的推導(dǎo)相似的推導(dǎo) 得出下面用于CE相位的表達(dá)式
";rsin(",)子.(9)
將等式3代入等式9得出
/Vcga4;rSin0OA":4/).(10)
《'
因此，CE相位取決于衍射光柵凹槽間距d，該衍射光柵凹槽間距d是常 數(shù)且可與壓縮器20的衍射光柵常數(shù)不同。CE相位還取決于光柵之間的有效距 離(/)和反射鏡或透鏡的焦距(/)。
在各實(shí)施例中，定位元件24s可與諸如光柵30a、 30b、 30d、 30e的脈沖 修改元件耦合。定位元件24s可移動光柵30a、 30b、 30d、 30e中的一個或多個 光柵，從而直接控制光柵之間的間距，由此根據(jù)等式10通過控制/來控制CE 相位。
然而，如上所述，定位元件24s可與拉伸器16的任何部分耦合，且不一 定要與光柵30a、 30b、 30d或30e耦合。例如，定位元件24s可耦合至拉伸器 16中的反射鏡34a、 34b，且可附加地或選擇地移動反射鏡，這也根據(jù)等式10 通過控制/來控制CE相位?？刂品瓷溏R(或在一些實(shí)施例中是透鏡)的移動 可以是有利的，因?yàn)榉瓷溏R和透鏡通常在重量上比光柵輕。
如同會意識到的那樣，在此描述的方法和裝置可應(yīng)用到其它線性調(diào)頻脈沖 放大器激光系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中想要控制產(chǎn)生的激光脈沖的載波包絡(luò)相位。因 此，以上提供的示例性等式可根據(jù)所采用的特定拉伸器16或壓縮器20的結(jié)構(gòu) 來改變。
應(yīng)該認(rèn)為，通過前面的描述可理解本發(fā)明的實(shí)施例及其許多相關(guān)優(yōu)點(diǎn)，顯 而易見的是，可在不脫離本發(fā)明的范圍和精神實(shí)質(zhì)的前提下或在不犧牲所有其實(shí)質(zhì)性優(yōu)點(diǎn)的前提下，在其部件的形式、結(jié)構(gòu)和布置中作出各種改變。這里前 述的形式僅僅是其說明性實(shí)施例，下面的權(quán)利要求書將覆蓋和包括這些改變。 就此已描述了本發(fā)明的各實(shí)施例，想要被專利證書保護(hù)的新的內(nèi)容包括以
下
權(quán)利要求
1. 一種線性調(diào)頻脈沖放大激光系統(tǒng)，包括激光源，所述激光源可操作以產(chǎn)生激光脈沖；脈沖修改裝置，所述脈沖修改裝置可操作以修改所述激光脈沖的至少一部分，所述脈沖修改裝置包括隔開一間距的第一和第二脈沖修改元件；定位元件，所述定位元件與所述脈沖修改裝置耦合，且可操作以重新定位所述脈沖修改裝置的至少一部分來改變所述間距；測量裝置，所述測量裝置可操作以測量產(chǎn)生的激光脈沖的載波包絡(luò)相位；以及反饋控制器，所述反饋控制器與所述定位元件和所述測量裝置耦合，所述反饋控制器可操作以基于已被測量的所述載波包絡(luò)相位控制所述定位元件來改變所述脈沖修改元件的所述間距，并控制由所述激光源產(chǎn)生的至少一個激光脈沖的所述載波包絡(luò)相位。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖修改元件選自光柵、 棱鏡及其組合。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖修改裝置構(gòu)造成光柵 拉伸器，所述光柵拉伸器可操作以拉伸所述激光脈沖的至少一部分，所述第一 和第二脈沖修改元件包括一對光柵。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定位元件與所述光柵中的 一個光柵耦合，且可操作以重新定位所述光柵來改變所述光柵之間的所述間 距。
5. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖修改裝置還包括與所 述光柵相關(guān)聯(lián)的透鏡，所述定位元件與所述透鏡耦合且可操作以重新定位所述 透鏡來改變所述光柵之間的所述間距。
6. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖修改裝置還包括與所 述光柵相關(guān)聯(lián)的反射鏡，所述定位元件與所述反射鏡耦合且可操作以重新定位 所述反射鏡來改變所述光柵之間的所述間距。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖修改裝置構(gòu)造成光柵壓縮器，所述光柵壓縮器可操作以壓縮所述激光脈沖的至少一部分，所述第一 和第二脈沖修改元件包括一對光柵。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定位元件與所述光柵中的 一個光柵耦合，且可操作以重新定位所述光柵來改變所述間距。
9. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖修改裝置還包括與所述光柵相關(guān)聯(lián)的透鏡，所述定位元件與所述透鏡耦合且可操作以重新定位所述 透鏡來改變所述光柵之間的所述間距。
10. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述定位元件包括壓電換能器。
11. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量裝置包括f至2f干涉儀。
12. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋控制器可操作以將 至少一個產(chǎn)生的激光脈沖的所述載波包絡(luò)相位改變至所想要的值。
13. —種線性調(diào)頻脈沖放大激光系統(tǒng)，包括 激光源，所述激光源可操作以產(chǎn)生激光脈沖；光柵拉伸器，所述光柵拉伸器可操作以拉伸所述激光脈沖的至少一部分， 所述光柵拉伸器包括隔開一間距的一對光柵；壓電換能器，所述壓電換能器與所述光柵拉伸器耦合，且可操作以重新定 位所述光柵拉伸器的至少一部分來改變所述間距；f至2f干涉儀，所述f至2f干涉儀可操作以測量產(chǎn)生的激光脈沖的載波包絡(luò)相位；以及反饋控制器，所述反饋控制器與所述壓電換能器和所述干涉儀耦合，所述 反饋控制器可操作以基于已被測量的所述載波包絡(luò)相位控制所述壓電換能器 來改變所述光柵的所述間距，并控制由所述激光源產(chǎn)生的至少一個激光脈沖的 所述載波包絡(luò)相位。
14. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電換能器與所述光柵 中的一個光柵耦合，且可操作以重新定位所述光柵來改變所述間距。
15. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光柵拉伸器還包括與所 述光柵相關(guān)聯(lián)的透鏡，所述壓電換能器與所述透鏡耦合且可操作以重新定位所述透鏡來改變所述光柵之間的所述間距。
16. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光柵拉伸器還包括與所 述光柵相關(guān)聯(lián)的反射鏡，所述壓電換能器與所述反射鏡耦合且可操作以重新定 位所述反射鏡來改變所述光柵之間的所述間距。
17. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括光柵壓縮器，所述光柵壓縮器可操作以壓縮已被所述光柵拉伸器拉伸的所 述激光脈沖的至少一部分，所述光柵壓縮器包括隔開一間距的第二對光柵；以 及第二壓電換能器，所述第二壓電換能器與所述光柵壓縮器耦合，且可操作 以重新定位所述光柵壓縮器的至少一部分來改變所述第二對光柵的所述間距；所述反饋控制器與所述第二壓電換能器耦合，且可操作以基于已被測量的 所述載波包絡(luò)相位控制所述第二壓電換能器來改變所述第二對光柵的所述間 距，并使由所述激光源產(chǎn)生的至少一個激光脈沖的所述載波包絡(luò)相位穩(wěn)定。
18. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光柵壓縮器還包括與所 述第二對光柵相關(guān)聯(lián)的透鏡，所述系統(tǒng)還包括第三壓電換能器，所述第三壓電 換能器與所述透鏡耦合，所述反饋控制器可操作以控制所述第一、第二和第三 壓電換能器，來使由所述激光源產(chǎn)生的至少一個激光脈沖的所述載波包絡(luò)相位 穩(wěn)定。
19. 如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋控制器可操作以將 至少一個產(chǎn)生的激光脈沖的所述載波包絡(luò)相位改變至所想要的值。
20. —種在線性調(diào)頻脈沖放大激光系統(tǒng)中穩(wěn)定載波包絡(luò)相位的方法，所述 方法包括獲取產(chǎn)生的激光脈沖的所述載波包絡(luò)相位；以及改變所述激光系統(tǒng)所采用的第一和第二脈沖修改元件的間距以控制所述 激光脈沖的所述載波包絡(luò)相位，所述脈沖修改元件可操作以拉伸或壓縮產(chǎn)生的 所述激光脈沖。
21. 如權(quán)利要求20的方法，其特征在于，通過測量產(chǎn)生的所述激光脈沖來 獲取所述載波包絡(luò)相位。
22. 如權(quán)利要求20的方法，其特征在于，通過重新定位所述第一和第二脈沖修改元件中的一個脈沖修改元件來改變所述間距。
23.如權(quán)利要求20的方法，其特征在于，還包括獲取多個產(chǎn)生的激光脈 沖的所述載波包絡(luò)相位，并改變所述脈沖修改元件的所述間距以使產(chǎn)生的所述 激光脈沖中的至少一些激光脈沖的所述載波包絡(luò)相位穩(wěn)定。
全文摘要
一種線性調(diào)頻脈沖放大激光系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常包括激光源(12)、包括隔開一間距的第一和第二脈沖修改元件的脈沖修改裝置(18)、定位元件(24<sub>s</sub>)、測量裝置(22)、以及反饋控制器(26)。激光源(12)可操作以產(chǎn)生激光脈沖，脈沖修改裝置可操作以修改激光脈沖的至少一部分。定位元件(24<sub>s</sub>)可操作以重新定位脈沖修改裝置的至少一部分來改變間距。測量裝置(22)可操作以測量產(chǎn)生的激光脈沖的載波包絡(luò)相位，反饋控制器(26)可操作以基于已被測量的載波包絡(luò)相位控制定位元件來改變脈沖修改元件的間距，并控制由激光源產(chǎn)生的激光脈沖的載波包絡(luò)相位。
文檔編號H01S3/13GK101473499SQ200780023212
公開日2009年7月1日 申請日期2007年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
發(fā)明者E·莫, 常增虎, 李成全 申請人:堪薩斯州立大學(xué)研究基金會