[发明专利]带衰减功能的双通道光学缩束装置

说明书

技术领域

本发明涉及超短脉冲，特别是一种带衰减功能的双通道光学缩束装置，用于实现大能量的超短脉冲的光束口径变换，为后续的激光参数诊断和测试设备提供全口径范围的、低B积分、抗损伤的光学缩束装置。

背景技术

在激光参数的诊断和分析过程中，普遍采用了光学缩束系统，用于被测脉冲的光束直径变换，实现被测脉冲与后续测试设备的耦合。李超宏在2006年申请了发明专利《基于分光棱镜的光电成像跟踪系统》，张行愚在2010年申请了发明专利《固体材料拉曼增益系数测量系统及方法》，梁静秋在2014年申请了发明专利《时空联合调制傅里叶变换红外成像光谱仪》，付建国在2014年申请了发明专利《一种地基F-P测风干涉仪》，李国会在2014年申请了发明专利《一种快速倾斜镜性能测试装置》，均使用了光学缩束系统。

在高功率激光的诊断和分析领域，激光脉冲的取样和测量过程，也广泛采用了光学缩束装置。夏彦文在2009年申请了发明专利《一种用于高功率激光测试系统的光纤耦合方法》，孙志红在2010年申请了发明专利《高功率激光近场测试仪》，张辉在2012年申请了发明专利《诊断激光等离子体参数的单光束飞秒探针》，陈永权在2012年申请了发明专利《离焦量测试系统及测试方法》，金博在2013年申请了发明专利《在线焦斑能量分布检测方法》，孙志红在2014年申请了发明专利《一种激光脉冲波形测量装置》，均使用了光学缩束系统。

随着高功率激光装置的技术发展，皮秒量级和飞秒量级的超短脉冲的输出能量也越来越高。位于美国Rochester大学OMEGA EP装置中的单束超短脉冲，是目前输出能量最高的皮秒量级超短脉冲，脉冲能量(E)能够达到2.6kJ，脉冲宽度(Δt)为1-100ps。依托于神光II第九路激光系统建设的高能超短脉冲激光，其输出能力将达到1000J、1-10ps。

在高功率激光的诊断系统中，由于光学缩束系统的存在，光束直径d将发生变化。输出光束的直径d₂远小于输入光束的直径d₁。因此，由光束直径决定的光束横截面积(S＝πd²/4)将呈平方关系缩小。这将导致输出光束中的能量密度(E/(S))和功率密度(I＝E/(St))呈平方关系增加。与传统的激光脉冲不同，皮秒量级和飞秒量级的超短脉冲由于脉冲宽度很窄，因此具有极高的功率密度，很容易产生自位相调制和自聚焦效应，从而使脉冲宽度发生畸变，甚至损伤光学元件。

发明内容

为了降低输出光束的功率密度I，并且尽可能避免插入额外的光学元件所造成的超短脉冲的宽度、时间波形变化，提高超短脉冲诊断系统的可靠性和精确度，本发明提出一种带衰减功能的双通道光学缩束装置，在高能超短脉冲的参数诊断中，避免光学缩束装置在缩小光束直径和面积的过程中导致的光束功率密度和能量密度的快速增加，进而改变被测脉冲的宽度、时间波形，甚至破坏光学元件。

本发明的技术解决方案是：

一种带衰减功能的双通道光学缩束装置，其特点在于该装置包括，沿入射光方向的第一反射分光镜，在第一反射分光镜的反射光方向依次是第一透镜、选通小孔板、第二透镜和第二反射分光镜，在第二反射分光镜的反射光方向是近场平移镜，该近场平移镜与该反射光成45°，在所述的近场平移镜的反射光方向依次是准直分光镜、准直监测单元，在所述的准直分光镜的反射光方向依次是诊断反射镜和诊断设备；所述的第一反射分光镜的前表面反射率为R＝4％，后表面反射率为R>90％；第二反射分光镜的前表面反射率为R＝10％，后表面的反射率为99％；所述的入射光依次经第一反射分光镜的前表面反射、第一透镜、选通小孔板、第二透镜和第二反射分光镜的前表面反射形成高衰减脉冲；所述的入射光依次经第一反射分光镜的后表面反射、第一透镜、选通小孔板、第二透镜和第二反射分光镜的后表面反射形成低衰减脉冲，所述的近场平移镜具有沿其反射光方向的移动机构，所述的选通小孔板的0°、90°、180°、360°的直径与内圆和外圆的相交点分别设为内通孔、外通孔和内非通孔、外非通孔的四套小孔组合：有内通孔和外非通孔第一小孔组合、有外通孔和内非通孔的第二小孔组合、有内通孔和外通孔的第三小孔组合、有内非通孔和外非通孔的第四小孔组合。

所述的第一透镜和第二透镜为正透镜或负透镜。

所述的第一反射分光镜的前表面和后表面的夹角，小于100秒。以确保入射光经过双通道光学缩束装置之后的光学像差小于λ/4(λ为入射光的波长)；

所述的近场平移镜的平移的重复定位误差小于0.5mm，平移的俯仰、偏摆等角度误差小于1mrad。