CN113872023B - 一种用于连续调节激光脉冲时间宽度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于连续调节激光脉冲时间宽度的装置，包括：分束镜、偏振分光镜、延迟线、半波片、受激Mie散射样品。一束脉冲激光被分成两束光，其中一束脉冲光先后经过延迟线、偏振分光镜、凸透镜后入射到受激Mie散射样品中，产生受激散射的条件，另一束光先后经过半波片、分光镜、偏振分光镜后与前一束光共线传输，被前一束光产生的受激Mie散射条件散射而产生后向传输的相位共轭光，通过延迟线调整两束光的相对光程差，从而获得所需的受激散射光的脉冲宽度。后向受激散射光通过分束镜时，即可被分离提取。

Description

一种用于连续调节激光脉冲时间宽度的装置

技术领域

本发明涉及激光脉冲参数调控技术领域，尤其涉及一种用于连续调节激光脉冲时间宽度的装置。

背景技术

目前，自第一台激光器问世后，激光以其优异的特性，已经在科技、经济、军事和社会发展的许多领域得到了广泛应用，远超出了人们原有的预想。在激光的应用中，激光脉冲的时间宽度非常重要，许多的应用要求激光脉冲具有不同的时间宽度，并且要求在比较大的范围内实现连续调节。现有技术中，获得不同脉冲时间宽度的方法有几种，例如通过改变调Q激光器的谐振腔长度，改变腔倒空所需时间，来改变激光脉冲宽度；使用快速光开关来获得所需的脉冲宽度；使用锁模技术来压缩脉冲；把固定的脉冲通过复杂的结构，在时间维度堆积起来，通过加宽短脉冲获得所需要的脉冲时间宽度。

在上述装置方法中，其脉冲的宽度不能够实时调节，或者能够调节，但是调节范围很有限，如果脉冲宽度叠加来改变脉冲宽度，则可能导致脉冲成为梳子状，叠加的脉冲之间也失去了相干性。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于连续调节激光脉冲时间宽度的装置，能够不改变光束模式和脉冲形状，输出激光脉冲宽度可以在很大范围内连续调整，形成所需要的时间宽度的激光脉冲，且适用于任意激光波长的输出。

本发明采用的技术方案为：

一种用于连续调节激光脉冲时间宽度的装置，包括第一分束镜1、延时光路和受激散射光路；

所述的延时光路包括第一反射镜、第一直角棱镜、第二直角棱镜和第二反射镜，

所述的受激散射光路包括的偏振分光棱镜、半波片、第二分束镜、凸透镜和样品，所述的第一分束镜的反射光路经过第一反射镜、第一直角棱镜、第二直角棱镜、第二反射镜后到达偏振分光棱镜入光口，所述的第一分束镜的透射光束通过半波片与第二分束镜，入射到偏振分光棱镜的直通入射面，与反射光重合，两束光通过凸透镜后，与样品相互作用，并产生反向受激散射光束，所述的受激散射光束经过偏振分光棱镜后沿原路返回，经过第二分束镜9输出所需光束。

所述的样品为受激Mie散射样品。

所述的半波片具有多种，每个半波片的对应波长不同。

所述的半波片可替换为法拉第旋光装置。

本发明通过第一分束镜把光路分为两路，一路通过延时光路传播后与透射光路合并后再进入受激散射光路，利用其中一束光产生受激Mie散射条件，来对另一束光进行共轭反射，进而形成所需要的时间宽度的激光脉冲，整个装置能够不改变光束模式和脉冲形状，输出激光脉冲宽度可以在很大范围内连续调整，形成所需要的时间宽度的激光脉冲，且适用于任意激光波长的输出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明包括第一分束镜1、延时光路和受激散射光路；通过第一分束镜1进行偏振光的分离，其中一束光经过延时光路得到所需延迟的光程后，与另一束经过受激散射光路的偏振光重合后再进行相互作用，所述的延时光路包括第一反射镜2、第一直角棱镜3、第二直角棱镜4和第二反射镜5；所述的受激散射光路包括偏振分光棱镜6、半波片7、第二分束镜9、凸透镜10和样品11，所述的第一分束镜1的反射光束经过第一反射镜2、第一直角棱镜3、第二直角棱镜4、第二反射镜5后到达偏振分光棱镜6的垂直入射面，所述的第一分束镜1的透射光束通过半波片7与第二分束镜9入射到偏振分光棱镜6的直通入射面，与另一束光重合，两束光通过凸透镜10与样品11所在光路相互作用，并产生反向受激散射光束，所述的反向受激散射光束经过偏振分光棱镜6后沿原路返回，经过第二分束镜9输出所需光束。

本发明在实际工作过程如下：入射的光线经过第一分束镜1后分成两束线偏振光，第一光束先后经过第一反射镜2、两个直角三棱镜第一直角三棱镜3和第二直角三棱镜4、第二反射镜5、偏振分光棱镜6后，与第二光束重合，其中两个直角棱镜一起作为延迟线，其作用为改变第一光束的光程，调整第一光束与第二光束的相对时间。第二光束离开第一分光镜1后，经过半波片7，偏振态旋转90度，变为平行偏振光，再经过第二分束镜9后，到达偏振分光棱镜6与第一光束的路径重合，最后都通过凸透镜10聚焦到样品11上。所述的样品为受激Mie散射样品。其中受激散射样品在入射的泵浦光束作用下产生后向受激散射条件，即动态的布拉格光栅，并对另一束光产生后向受激散射共轭光；偏振分光镜6把偏振方向相互垂直的两束光合成一束，入射到Mie散射样品中，并把反向的不同偏振方向的两束光分开；延迟线用来调节两束光的相对时间；半波片把光束的偏振方向旋转90度。

本发明通过上述装置使一束光产生受激Mie散射条件，对另一束垂直偏振的光产生反向受激散射，然后通过调节延迟线来调节两束光的相对时间，进而调整两束光相互耦合作用的时间长度，从而获得任意长度的脉冲时间宽度。用偏振分光镜先把两束偏振方向垂直的光合成一束光，同时对反向传输的偏振方向互相垂直的受激散射光进行分光和提取。

具体的工作过程中,第二光束到达样品时间等于或者早于第一光束的到达时间。当第一光束到达后，激发样品，产生后向受激Mie散射的条件，同时对第二光束也起到散射作用，第二光束的散射光也会产生后向散射光。两束反向的受激散射光的偏振方向都不改变，因此只有第二光束的反向受激散射光可以通过偏振分束镜到达分束镜9并转向，从而分离出原光路。这样，就可以通过调整延迟线来调整第一光束的光程，从而获得不同脉冲时间宽度的受激散射光。

其中对激光波长不敏感的情况下，可以通过更换所需波长的半波片，或者以法拉第旋光装置代替半波片，可以适用的范围包括可见光和红外光。本装置通过更换对应的半波片，从而可以适应很多波长的点需求，而通过法拉第旋光装置则可以适应很多波长的面需求。

本发明不改变光束模式和脉冲形状，输出激光脉冲宽度可以在很大范围内连续调整，适用于任意激光波长的输出。以下以具体实例进行数据进行进一步的说明：

实例一：利用Nd:YAG输出的纳秒激光作为入射到本装置，输入激光的波长为106nm，激光脉冲宽度为25 ns，单个脉冲能量为5mJ，光斑直径为7mm，元件10为焦距为100mm的凸透镜。入射激光经过第一分束镜1后，分为两束偏振方向相同的光，其中一束经过半波片7，偏振方向旋转90度，然后，经过第二分束镜9后，作为p偏振光入射到偏振分光棱镜6中，可以沿直线通过。经过第一分束镜1反射的另一束光，经过反射镜入射到延长线中，得到一定的延迟后，经过第二反射镜5，作为s偏振光入射到偏振分光棱镜6中，方向会有90度的改变，从而与另一束p偏振光重合，在路径上重合后的两束光经过凸透镜10入射到受激Mie散射样品11中。

经过延迟线的s偏振光束，作用到样品11上，形成受激Mie散射的条件，即形成瞬态的布拉格光栅，这种受激Mie散射条件对另一束p偏振光同样也产生Mie散射，即后向传输的相位共轭光，这一过程不改变光的偏振态，即这一后向传输的相位共轭光的偏振态与入射时偏振态相同，同样以p偏振光沿直线经过偏振分光棱镜6，再经过第二分束镜9时，将从原光路分离出所需要的脉冲宽度的光束。经过快速光电探头测量，脉冲宽度为20ns。

实例二，所用激光参数及各元件与实例一相比，仅仅加大了延迟线的光程，移动三棱镜4远离三棱镜3的距离为45cm，从分束镜9输出的脉冲宽度为17ns。

实例三，所用激光参数及各元件与实例一相比，仅仅加大了延迟线的光程，达到2.2m，从分束镜9输出的脉冲宽度为7ns。

实例三，所用激光参数及各元件与实例一相比，仅仅加大了延迟线的光程，达到3.0m，从分束镜9输出的脉冲宽度为2ns。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“ 中心”，“ 横向”、“ 纵向”、“ 长度”、“ 宽度”、“ 厚度”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”、“ 内”、“ 外”、“ 顺时针”、“ 逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“ 第一”、“ 第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“ 包括”和“ 具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行较详细的说明，但本发明不限于这里所述的特定实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等有效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (3)

1.一种用于连续调节激光脉冲时间宽度的装置，其特征在于：包括第一分束镜（1）、延时光路和受激散射光路；

所述的延时光路包括第一反射镜、第一直角棱镜、第二直角棱镜和第二反射镜；

所述的受激散射光路包括偏振分光棱镜、半波片、第二分束镜、凸透镜和样品，所述的第一分束镜的反射光路经过第一反射镜、第一直角棱镜、第二直角棱镜、第二反射镜后到达偏振分光棱镜入光口，所述的第一分束镜的透射光束通过半波片与第二分束镜，入射到偏振分光棱镜的直通入射面，与反射光重合，两束光通过凸透镜后，与样品相互作用，并产生反向受激散射光束，所述的受激散射光束经过偏振分光棱镜后沿原路返回，经过第二分束镜输出所需光束；通过第一分束镜把光路分为两路，一路通过延时光路传播后与透射光路合并后再进入受激散射光路，利用其中一束光产生受激Mie散射条件，来对另一束光进行共轭反射，进而形成所需要的时间宽度的激光脉冲，整个装置能够不改变光束模式和脉冲形状，输出激光脉冲宽度可以在很大范围内连续调整，形成所需要的时间宽度的激光脉冲，且适用于任意激光波长的输出；所述的样品为受激Mie散射样品。

2.根据权利要求1所述的用于连续调节激光脉冲时间宽度的装置，其特征在于，所述的半波片具有多种，每个半波片的对应波长不同。

3.根据权利要求2所述的用于连续调节激光脉冲时间宽度的装置，其特征在于：所述的半波片替换为法拉第旋光装置。