[发明专利]角分复用参考光脉冲分束方法及分束系统

说明书

【技术领域】：本发明属于角分复用全息技术领域，主要解决全息记录过程中参考光 多角度脉冲串的产生。

【背景技术】：角分复用全息技术在超快记录瞬态过程有很重要的应用。目前角分复 用技术参考光一侧多角度脉冲的实现主要通过反射镜来实现，不仅可重复性差，调节难度 高，而且要实现大于3束的脉冲分束十分困难。本发明根据这一实际实验中所遇到的难题， 根据参考光部分要求产生等脉冲间隔，多角度入射的特点，提供一种解决方案，该方案具 有结构紧凑、易嵌入、能产生多个脉冲且可调节的优点。

【发明内容】：本发明的目的是依据角分复用全息成像的要求，提供一种角分复用参 考光脉冲分束方法及分束系统，使该系统可以将一个超短激光脉冲经过参考光分束系统 后，产生具有等脉冲间隔且传播方向不同的多个脉冲。

本发明提供的将超短脉冲按要求进行多脉冲分束的角分复用参考光脉冲分束方法是， 参考光脉冲光束入射到分束系统，依次经过光阑、双楔形棱镜、基板和偏转棱镜，光阑起 到截取可利用波面的作用，双楔形棱镜起到调节光程差的作用，基板起到固定双楔形棱镜 和偏转棱镜的作用，偏转棱镜起到将光束汇聚到CCD靶面上同时产生我们所需要的角度 的作用，该分束方法的具体步骤是：

第一、确定参考光角度的空间约束

根据全息成像的原理，在离轴全息中，参考光和物光的夹角θ必须满足下列条件：

sinθ＜λ/Δp，

其中，λ是入射参考光的波长，Δp为记录介质的像素间隔。

如果物光沿z轴垂直入射到记录介质上面，参考光和z轴的夹角就应该在(0，θ)这个区 间。这就给我们设计参考光分束后的角度偏转提供了限制条件，即所有的参考光的角度必 须分布在这个范围之内。

第二、确定各参考光角度的具体分布

(一)参考光角度的具体分布是由全息像的频谱分布决定的，如图1和图2所示，对 于在频谱面上的位置坐标是的一个全息像(同时必有一个中心对称的像在)，设所成像对应的参考光和记录介质面所在坐标系中的X轴和Y轴的夹角分别为和ψ，则有：

f_ψ＝cosψ/λ。

(二)采用分波面的方法，则双楔形棱镜和对应的偏折棱镜在基板上的分布和全息像 在频谱面上的分布是相同的，只是相差一个常量因子，推导过程如下：

f_ψ＝cosψ/λ＝y/L/λ

如图1所示，x-y平面是入射参考光的中心所在基准平面(基准平面为参考光在棱镜中 发生偏折时所在的平面，如图3所示6即为基准平面)，其上点的坐标用(x，y)表示； X-Y是CCD靶面，其上点的坐标用(X，Y)表示。

(三)对于设计各再现像在频谱面上的分布：具体由可以利用的频谱空间的大小和再 现像的频谱带宽k决定。频谱空间的大小是由再现像的空间频率所决定的，频谱空间的可 利用范围是以零级中心为圆点，半径为2k至半径为的环形区域。(因为，以零 级中心为圆心，半径为2k的圆内为零频率成份，不能使用)。再现像频谱的带宽k与所记 录物体的细节有关，细节越多，带宽越宽。根据可利用空间的大小和再现像的带宽，就可 以设计再现像在频谱面上的分布了。但是在我们实际设计的时候，总是尽量选择比这个值 大的带宽，用以保留尽量多的频谱信息。

(四)这样我们就可以根据参考光所分脉冲的数目m和每一个再现像的频谱带宽k， 在第一步确定的参考光角度的空间(即可利用频谱的最大空间)约束下，采用尽量占用频 谱空间、每一个频谱尽量彼此分离的原则，来设计再现像在频谱面上的分布，进而推导出 双楔形棱镜和对应的偏折棱镜在其基准平面亦即基板上的分布(光阑的通光孔径的分布与 双楔形棱镜和对应的偏折棱镜在基准平面亦即基板上的分布相同)。

第三、偏转角度和可调光程的实现

系统结构的原理图如图3所示，针对一个脉冲的调节单元构成，如图4所示。

根据第二步推导得到的入射参考光的中心在基准平面上的坐标(x，y)分布，进而得 到光阑的通光孔径的分布，光阑的作用为根据通光孔径的分布选取确定的投射光束，然后 对每一个所分的脉冲，利用固定在基板上的一对双楔形棱镜调节其光程差，利用与双楔形 棱镜对应的偏折棱镜产生光的偏折角度。具体实现过程为：

(一)偏折棱镜的偏折角度确定：