[发明专利]基于空间光调制器的超短激光脉冲任意时空整形系统及方法

说明书

本发明的目的是解决现有针对超短激光脉冲的任意时空整形系统及方法存在需要根据输入光场和目标光场特殊定制零色散压缩器中的超表面和整形后误差较大的技术问题，而提供了一种基于空间光调制器的超短激光脉冲任意时空整形系统及方法。该方法超短激光脉冲依次入射至第一微型反射镜阵列、第一4f系统和第一光栅进行色散，调整第一微型反射镜阵列中微型反射镜的偏转角，使得色散后在空间光调制器上形成的光斑不重合，对入射元光束间隙空间和光谱分辨的相位和强度调制，调制后入射至第二光栅进行色散补偿，补偿后的入射至第二微型反射镜阵列，调整第二微型反射镜阵列中微型反射镜的偏转角度进行角度补偿，最后输出完成任意时空整形后的超短激光脉冲。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种基于空间光调制器的超短激光脉冲任意时空整形系统及方法。

背景技术

超短激光脉冲目前已经广泛应用于强场物理、超精密加工、信息科学等领域，而通过对超短激光脉冲的时空整形能够为上述领域提供全新的技术手段。此外，超短激光脉冲的时空整形也能够实现激光放大系统所造成的时空耦合预补偿，保障激光脉冲的可聚焦性。

目前，超短激光的时间整形和空间整形技术较为成熟，例如可以通过空间光调制器、衍射元件等进行空间整形，也可以通过可编程声光滤波器、位于零色散压缩器傅里叶面的空间光调制器等进行时间整形。但是超短激光的任意时空整形要求需要对激光脉冲的不同横向位置均进行任意的时间整形，其无法通过时间整形系统和空间整形系统的组合实现，具有极高的技术难度。近期，人们提出使用超表面结合零色散压缩器进行超短激光的任意时空整形，但是存在两方面的困难：其一需要根据输入光场和目标光场定制位于零色散压缩器中4f系统的焦平面处的超表面，如果输入光场或者目标光场改变之后就需要重新设计和加工超表面；其二，存在较大的整形误差。

发明内容

本发明的目的是解决现有针对超短激光的任意时空整形系统及方法，存在需要根据输入光场和目标光场特殊定制位于零色散压缩器中4f系统的焦平面处的超表面，如果输入光场或者目标光场改变之后就需要重新设计和加工超表面，导致其适应性较差、成本增加，以及整形后误差较大的技术问题，而提供了一种基于空间光调制器的超短激光脉冲任意时空整形系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于空间光调制器的超短激光脉冲任意时空整形系统，其特殊之处在于：包括沿光路依次设置的第一微型反射镜阵列、第一4f系统、第一光栅、第三凹面镜、空间光调制器、第四凹面镜、第二光栅、第二4f系统以及第二微型反射镜阵列；

所述第一微型反射镜阵列和第二微型反射镜阵列均由m×n个微型反射镜构成；m≥1，n≥1，且m、n均为整数；

所述空间光调制器位于第三凹面镜与第四凹面镜的焦平面处；所述第一光栅和第二光栅分别位于第三凹面镜和第四凹面镜的焦点处，且第一光栅和第二光栅的光学参数相同；

超短激光脉冲经第一微型反射镜阵列中微型反射镜的调整偏转角并反射后，依次入射至第一微型反射镜阵列、第一4f系统和第一光栅，经第一光栅色散后依次入射至第三凹面镜和空间光调制器，在空间光调制器进行相位和强度调制，调制后的超短激光脉冲透射后入射至第四凹面镜反射，再入射至第二光栅进行色散补偿，补偿后的超短激光脉冲入射至第二4f系统反射，反射后入射至第二微型反射镜阵列，通过调整第二微型反射镜阵列中微型反射镜的偏转角度，输出完成任意时空整形后的超短激光脉冲；

所述第二微型反射镜阵列中微型反射镜的偏转角度与第一微型反射镜阵列中相对应位置的微型反射镜的偏转角偏转方向相反。

进一步地，所述第一4f系统和第二4f系统由相对的凹面镜或消色差透镜构成。

进一步地，所述第一4f系统由第一凹面镜和第二凹面镜组成，第二4f系统由第五凹面镜和第六凹面镜组成。