[发明专利]一种脉冲间隔和数量可调节的超短激光脉冲分束方法及其装置

摘要

一种脉冲间隔和数量可调节的超短激光脉冲分束方法及其装置。该装置由m组级联的双折射晶体对和精密微丝杆机构组成，每组双折射晶体对由两片楔角相同的楔形双折射晶体倒扣在一起，各片楔形双折射晶体的光轴方向相同且均在与入射光线垂直的法面内，毗邻的各组双折射晶体对的光轴依次沿同一方向逆时针或顺时针旋转45°，各双折射晶体对的通光孔径大小一致，楔形双折射晶体的厚度由其楔角大小决定，各楔形双折射晶体楔角有如下关系：，毗邻双折射晶体对的可调节厚度满足下面的关系：，该装置可将单一超短激光脉冲分成(为大于等于1整数)个同轴、传播方向相同、脉冲间隔可调节、能量均等的子脉冲。本发明原理上没有能量损失，能量均分到各个子脉冲中。

主权项

1.一种脉冲间隔和数量可调节的超短激光脉冲分束方法，其特征在于：第1、采用双折射晶体分束方法，通过调整晶体的有效厚度，实现脉冲间隔的连续可调；每一组分束单元称为双折射晶体对，每组双折射晶体对由两片楔角相同的楔形双折射晶体倒扣在一起组成；第2、确定第一组双折射晶体对可实现的最小厚度D_min和最大厚度D_max根据所要获得的子脉冲的最小的脉冲间隔Δτ_min，可计算出两个相邻脉冲间的最小光程差为ΔL_min＝Δτ_min·c，其中c为光在真空中的速度；因此，可以计算出第一组双折射晶体对可实现的最小厚度其中，n_o和n_e分别为楔形双折射晶体o光和e光的折射率；同理，根据所要获得的子脉冲的最大的脉冲间隔Δτ_max，可得到两个相邻脉冲间的最大光程差为ΔL_max＝Δτ_max·c，则第一组双折射晶体对可实现的最大厚度第3、确定楔形双折射晶体对的数量m根据所要获得的子脉冲的数量M，确定楔形双折射晶体对的数量m，二者的关系满足，M＝2^m，m为大于等于1的整数；第4、确定各双折射晶体对的厚度及各片楔形双折射晶体的楔角为使获得的各组双折射晶体对具有相同的可利用的通光孔径h，双折射晶体对的厚度调节范围需要满足的关系是：(D_min～D_max)_i＝2^i-1(D_min～D_max)₁，(D_max)_i＝2^i-1(D_max)₁其中(D_min～D_max)_i表示第i组楔形双折射晶体对的厚度从最小厚度D_min到最大厚度D_max的可调节范围，i＝1、2、…，m，且(D_min)_i≤D_i≤(D_max)_i，D_i表示第i组楔形双折射晶体对的厚度，(D_min～D_max)₁表示第1组楔形双折射晶体对的厚度从最小厚度D_min到最大厚度D_max的可调节范围；各楔形双折射晶体对中楔形双折射晶体的楔角满足以下的关系：tanθ_i＝2^i-1tanθ₁，θ_i为第i组双折射晶体对中各片楔形双折射晶体的楔角，θ₁为第1组楔形双折射晶体对中各片楔形双折射晶体的楔角，表示为：式中的D_min为第一组双折射晶体对的可实现的最小厚度；第5、将第4步确定的各组双折射晶体对按照光的传播方向依次厚度由小到大排列，各组之间的间隔不限，各双折射晶体对的光轴均在与入射光线垂直的平面内，每组双折射晶体对中的各片楔形双折射晶体的光轴方向相同，并且相毗邻的双折射晶体对的光轴依次顺时针旋转45°角，或者均依次逆时针旋转45°角；第6、将偏振方向与第一组双折射晶体对的光轴成45°角的线偏振的超短激光脉冲入射到级联的双折射晶体对上，单一的激光脉冲经过m组双折射晶体对后，分束为M＝2^m个子脉冲，通过利用各组双折射晶体对上设置的精密微丝杆对每组双折射晶体对的厚度进行精确的调节，进而实现对光程差的调节，使子脉冲的脉冲间隔实现连续可调；可调节的脉冲间隔Δτ通过如下公式确定：其中h是通光孔径的直径，Δh是精密微丝杆的移动距离，θ_i为第i组双折射晶体对中各片楔形双折射晶体的楔角，即可以根据所实现的脉冲间隔计算出精密微丝杠所需的移动距离