借助于衍射元件的用于超短激光脉冲的空间重组的系统技术方案

本发明专利技术涉及基于利用衍射光学元件DOE(1)来组合光束从而通过叠加而重组的系统。根据本发明专利技术，衍射光学组件(21)放置在该衍射光学元件的上游，从而使得能够借助于适当的成像系统来优化在超短脉冲速度的组合效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】借助于衍射元件的用于超短激光脉冲的空间重组的系统
本专利技术的领域为大量超短脉冲激光源(也即脉冲宽度小于1皮秒)的相干重组的领域。本专利技术的架构涉及这些激光脉冲的空间重组技术，这些激光脉冲被假定为在其他方面是完全同步的。
技术介绍
超短脉冲激光源的相干重组尤其应用于高能激光源的实现。根据选择在远场中并置光束或者选择在近场中(也即在系统的出射光瞳的水平)叠加光束，用于对相干光束进行空间重组的方法分为两种类型。图1a中显示了用于通过并置来重组的系统。在这种情况下，从激光源Fk(k从0变化至N)产生的待重组的光束通过校准透镜阵列MLC而在近场中为平行且校准的，并且以尽可能紧凑的方式而彼此并排地设置。然后通过自由传播直到远场而执行光束的叠加。这种系统不牵涉任何色散硬件部件，并且因此等同地应用于小于1皮秒的脉冲宽度。然而，这种系统的主要缺点在于其相对较低的效率，尤其是栅瓣中的能量损失具有相当大的份额。对于近场叠加系统而言，其例如能够通过利用电磁场的偏振来重组光束：从激光源Fk产生并且通过校准透镜CLk而校准的光束借助于分别关联于半波片HWPk的偏振分光立方体PBSk而在近场中叠加，如图1b中的示例所示。根据该系统，对于N个光束的重组效率由下式给出：其中，η是每对(偏振分光立方体/半波片)的透射系数。该架构的优点在于，对于较少数量的待重组的光束而言，其实现相对容易：通常最大约10个。一方面，对于大量的光束，该系统的实现变得非常复杂，而另一方面，重组效率随光源的数量而迅速下降(在η＝99％的情况下，对于1000个重组光束，效率下降至10％)。无论是涉及通过校准和平行光束的自由传播而在远场重组，还是涉及通过利用分光片或偏振分光立方体的近场光束的叠加，这些系统都不适用于大量脉冲(通常>100或实际上>1000)的重组，即由于效率的问题(远场设备的栅瓣)或近场系统的实现的问题。用于通过叠加来重组的另一种技术利用衍射光学元件来组合光束。根据图1c所示的该技术，傅里叶变换设置中的透镜23能够校准待重组的光束(所述光束从激光源Fk产生)，并且将光束导向位于透镜23的焦平面的衍射光学元件或DOE1。在透镜23的物平面A中的光源点的空间分布(周期为PA的周期性分布)变换为入射在光学元件DOE1上的角度的分布。光学元件1通常是周期性相位光栅(例如，达曼光栅类型的周期性相位光栅)，其确保了所有入射光束在0级的相长干涉以及在所有其他级的相消；该光栅的周期Λ和入射角度θ2k通过用于衍射光栅的已知公式而相关联：该架构的优点尤其在于高效率(在连续方式下展现出超过90％的效率)，并且由于这种集合定位、可能的二维布置以及单一透镜的使用，该架构是非常适于大量光束(通常>100)的架构。另一方面，这种技术不能原样应用于超短脉冲方式中。待解决的技术问题在于，尽可能高效率地通过相干过程而将激光脉冲的每个的能量转换成单个脉冲，同时相对于基本脉冲而尽可能少地降低最终脉冲的光束品质，并且同时可兼容于大量的加和的脉冲以及亚皮秒的脉冲持续时间。
技术实现思路
提出的方案基于利用衍射光学元件DOE来组合光束，从而通过叠加来进行重组。根据本专利技术，光学衍射组件放置在该衍射光学元件的上游，从而能够经由适当的成像系统来优化超短脉冲方式的组合效率。更确切而言，本专利技术的主题为一种用于脉冲激光束的空间重组的系统，所述脉冲激光束具有以λ0为中心的相同波长，并从N个同步的光源k产生，其中k从1变化至N，N为大于1的整数，所述系统具有光轴，并且包括：-具有焦长f2的傅里叶透镜，其具有预定的物平面和预定的像平面，激光束在物平面(平面A)中展现出在λ0具有间隔PA的周期性空间结构，-重组衍射光学元件，其具有周期性相位轮廓，N个光束旨在通过所述傅里叶透镜根据入射角度θ2k而被引导至所述重组衍射光学元件上，这些入射角度从一个光束至下一光束而不同，且根据重组衍射光学元件的周期而确定，其主要特点在于，所述光源能够发射持续时间小于10-12s的脉冲，并且在于，所述系统包括：-N个补偿衍射光学元件(DOE)，其具有周期性光栅、入射角度θ1k和光栅间隔Λ1k，其中，每个光源具有一个补偿衍射光学元件，所述入射角度θ1k从一个光束至下一光束而不同，以及所述光栅间隔Λ1k在相邻补偿衍射光学元件之间不同，-透镜阵列，每个光源具有一个透镜，所述透镜阵列具有预定的物平面和预定的像平面，与傅里叶透镜形成具有预定放大率γ的双-傅里叶变换设置，所述双-傅里叶变换设置能够将每个补偿衍射光学元件成像在重组衍射光学元件上，补偿DOE位于透镜阵列的物平面，重组DOE位于傅里叶透镜的像平面，透镜阵列的像平面与傅里叶透镜的物平面重合，并且在于，对于每个补偿DOE，在补偿DOE上的光束的入射角度θ1k、补偿DOE在光轴上的倾斜角度Θk以及补偿DOE的光栅的间隔Λ1k，基于重组衍射光学元件的间隔PA、k、λ0、放大率γ、焦长f2以及周期而确定。根据本专利技术的一个实施方案，补偿DOE的倾斜角度Θk为零，所述DOE位于同一平面。所述光源可以根据一维或二维空间结构而设置。优选地，补偿DOE光栅为闪耀光栅。根据本专利技术的特性，从激光源产生的光束具有同一出射面，并且该系统包括另一傅里叶透镜，所述另一傅里叶透镜具有物平面，所述激光源的出射面以及激光源的像平面位于所述另一傅里叶透镜的物平面。该透镜的像平面相对于补偿衍射光学元件的组件所位于的平面的位置，以及在该透镜的物平面中的光源的分隔，根据傅里叶透镜的焦长、周期PA和角度θ1k而确定。附图说明通过阅读下述通过非限制性示例并且参考附图而给出的具体描述，本专利技术的其它特征和优点将变得明显，在附图中：已描述的图1示意性地表示了用于在近场(图1a)、远场(图1b)以及通过衍射元件(图1c)而进行相干光束的空间重组的系统；图2示意性地示出了由用于通过衍射元件进行相干光束的空间重组的系统所产生的问题：色散(图2a)、空间重叠缺陷(图2b)以及重叠系数根据光瞳尺寸的示例性曲线(图2c)；图3示意性地示出了根据本专利技术的由用于通过衍射元件进行相干光束的空间重组的系统所满足的条件；图4示意性地表示了根据本专利技术的用于通过衍射元件进行相干光束的空间重组的示例性系统；图5示意性地表示了对于单个光源，根据本专利技术的用于光束的空间重组的系统的色散补偿原理和空间重叠优化原理(图5a)，在补偿DOE水平示出在穿过补偿DOE时的脉冲的空间分布的倾斜的更具体的视图(图5b)，以及示出补偿DOE根据入射角度和光栅的倾斜的光栅矢量的几何构造和入射波矢量的几何构造的相应几何构造(图5c)；图6示意性地示出了对于两个不同波长，在补偿DOE(图6a)和组合DOE(图6b)上的衍射角度的图解确定；图7示出了用于对在组合DOE上的脉冲的重叠进行优化以及对色散进行补偿的入射角度和补偿光栅的倾斜的示例性计算；图8显示了在有利于颜色补偿时(图8b)或者有利于重叠缺陷的补偿时(图8a)，利用设置在同一平面中的补偿DOE，根据本专利技术的用于光束的空间重组的系统的两个示例性实施方案。从一个附图至下一个附图，相同的元件由相同的附图标记来标记。本说明参考附图所描述附图的方位而给出。在该系统可以根据其他方位而设置的情况下，方向的术语仅以说明的方式指示，而并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于脉冲激光束的空间重组的系统，所述脉冲激光束具有以λ

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.28 FR 14012191.一种用于脉冲激光束的空间重组的系统，所述脉冲激光束具有以λ0为中心的相同波长，并从N个同步的光源k产生，其中k从1变化至N，N为大于1的整数，所述系统具有光轴，并且包括：-具有焦长f2的傅里叶透镜(23)，其具有预定的物平面和预定的像平面，激光束在物平面(平面A)中展现出在λ0具有间隔PA的周期性空间结构，-重组衍射光学元件(1)，其具有周期性相位轮廓，N个光束旨在通过傅里叶透镜(23)根据入射角度θ2k而被引导至所述重组衍射光学元件上，这些入射角度从一个光束至下一光束而不同，且根据重组衍射光学元件的周期而确定，其特征在于，光源能够发射持续时间小于10-12s的脉冲，并且在于，所述系统包括：-N个补偿衍射光学元件，其具有周期性光栅、入射角度θ1k以及光栅间隔Λ1k，其中，每个光源具有一个补偿衍射光学元件(211)，入射角度θ1k从一个光束至下一光束而不同，以及光栅间隔Λ1k在相邻补偿衍射光学元件之间不同，-透镜阵列(22)，其中每个光源具有一个透镜(221)，所述透镜阵列具有预定的物平面和预定的像平面，与傅里叶透镜(23)形成具有预定放大率γ的双-傅里叶变换设置，所述双-傅里叶变换设置能够将每个补偿衍射光学元件(211)成像在重组衍射光学元件(1)上，补偿衍射光学元件位于透镜阵列(22)的物平面，重组衍射光学元件(1)位于傅里叶透镜(23)的像平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·布尔德里奥内，A·布里尼翁，
申请(专利权)人：泰勒斯公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR