激光脉冲整形装置及方法、脉冲整形器、光学系统制造方法及图纸

本申请涉及一种激光脉冲整形装置及其方法、脉冲整形器、光学系统；光脉冲整形装置包括：脉冲整形器设置在连接激光光源的设备光路上，激光检测装置设置在激光脉冲作用对象的实际位置处；激光光源用于产生激光脉冲，通过所述设备光路传输后发射到所述作用对象上；激光检测装置用于测量发射到作用对象上的激光脉冲的光学参数并发送至所述控制装置；控制装置根据光学参数计算出相位补偿参数，并根据相位补偿参数控制脉冲整形器对经过设备光路的激光脉冲的相位进行补偿，使得发射到所述作用对象上的激光脉冲的光学参数达到目标值。该方案降低了测量复杂度，能够实现闭环测试，通过脉冲整形器能够提升脉冲压缩补偿的准确性，增强了激光脉冲使用效果。

【技术实现步骤摘要】
激光脉冲整形装置及方法、脉冲整形器、光学系统
本申请涉及激光
，尤其是一种激光脉冲整形装置及方法、脉冲整形器、光学系统。
技术介绍
在光学系统的激光脉冲传输过程中，由于光路中的色散，特别是二阶及以上的高阶色散的存在，激光脉冲在通过光路时会产生“时域展宽”效应，使激光脉冲在时间轴上的宽度会随着在光路中的传播而增大，特别是飞秒激光脉冲，飞秒激光脉冲在经过光路后，在时间轴上的宽度甚至从飞秒量级变为皮秒量级，导致飞秒激光脉冲的峰值功率大幅度降低，丧失飞秒激光脉冲的特性。目前，使用飞秒激光脉冲(特别是小于100飞秒的激光脉冲)的光学系统，通常会在设备光路中对激光脉冲进行相位补偿，以优化激光脉冲的状态。其架构一般如图1所示，图1是传统激光相位补偿装置结构示意图，激光光源产生激光脉冲，通过一段光路设备传输后照射在作用对象上，通过在激光光源之后的设备光路上设置一个被动相位补偿装置，然后从设备光路中的某处导出激光，进入外置的脉冲测量装置，脉冲测量装置对激光脉冲形状或者相位进行检查，根据脉冲测量装置的测量结果调节被动相位补偿装置优化脉冲，然后再次测量，如此往复，直到测量装置测量的脉冲达到最短，然后再撤掉脉冲测量装置，保持/保存被动相位补偿装置的状态，使得光学系统的激光脉冲达到一个相对优化的状态。上述技术方案，在对激光脉冲进行测量后，被动相位补偿装置是固定在某一状态，如果设备光路或者激光器出现变化时，激光脉冲就会发生改变而导致原有被动补偿设置无法完全补偿激光脉冲在时域的展宽，此时只能再次进行测试和调整，操作复杂、准确性差；而且脉冲测量装置测量的激光脉冲通常也不是激光脉冲作用对象的实际位置，而是测量点的脉冲状态，因此即使进行测试和相位补偿调整，在激光脉冲作用对象的实际位置处并不能得到最佳的状态，影响了激光脉冲的使用效果。
技术实现思路
本申请的目的旨在解决上述的技术缺陷之一，特别是设备光路出现变化时再次进行测试和调整，操作复杂、准确性差的缺陷，提供一种激光脉冲整形装置及方法、脉冲整形器、光学系统。一种激光脉冲整形装置，包括：依次连接的脉冲整形器、控制装置和激光检测装置；所述脉冲整形器设置在连接激光光源的设备光路上，所述激光检测装置设置在激光脉冲作用对象的实际位置处；所述激光光源用于产生激光脉冲，通过所述设备光路传输后发射到所述作用对象上；所述激光检测装置用于测量所述发射到作用对象上的激光脉冲的光学参数并发送至所述控制装置；所述控制装置根据所述光学参数计算出相位补偿参数，并根据所述相位补偿参数控制所述脉冲整形器对经过设备光路的所述激光脉冲的相位进行补偿，使得发射到所述作用对象上的激光脉冲的光学参数达到目标值。在一个实施例中，所述控制装置用于根据所述光学参数计算所述激光脉冲在整个设备光路中累积的光谱相位色散的相位函数及其对应的负函数，将所述负函数发送所述脉冲整形器；所述脉冲整形器用于将所述负函数导入设备光路中，作用于经过的激光脉冲以抵消激光脉冲的光谱相位色散。一种激光脉冲整形方法，包括如下步骤：接收激光光源产生的激光脉冲，通过连接激光光源的设备光路传输后发射到激光脉冲作用对象上；在激光脉冲作用对象的实际位置处，测量所述发射到作用对象上的激光脉冲的光学参数；根据所述光学参数计算出相位补偿参数，并根据所述相位补偿参数对经过所述设备光路的所述激光脉冲的相位进行补偿，使得发射到所述作用对象上的激光脉冲的光学参数达到目标值。在一个实施例中，所述根据所述光学参数计算出相位补偿参数，包括：根据所述光学参数计算所述激光脉冲在到达作用对象前整个设备光路中累积的光谱相位色散的相位函数，并获取所述相位函数的负函数；其中，所述光学参数为非线性光学信号强度。在一个实施例中，所述根据所述相位补偿参数对经过所述设备光路的所述激光脉冲的相位进行补偿，包括：将所述负函数导入设备光路中，作用于经过的激光脉冲以抵消激光脉冲的光谱相位色散。在一个实施例中，所述目标值为作用对象上的激光脉冲达到傅里叶变换极限的脉冲宽度。一种光学系统，包括：激光光源、设备光路以及上述的激光脉冲整形装置。上述激光脉冲整形装置、方法及光学系统，通过在激光脉冲的发射口之后的激光脉冲与作用对象的相互作用的实际位置处，测量激光脉冲引起的非线性光学现象的强度或光谱变化，获取激光脉冲在在到达作用对象前的整个设备光路中累积的光谱相位色散并计算相位补偿参数，然后通过控制装置控制脉冲整形器将相位补偿参数，对设备光路的激光脉冲的相位进行补偿，使得发射到作用对象上的激光脉冲的光谱相位达到目标值；该方案降低了测量复杂度，能够实现闭环测试，通过脉冲整形器能够提升脉冲压缩补偿的准确性，增强了激光脉冲使用效果。另外，通过计算激光脉冲在整个设备光路中累积的光谱相位色散的相位函数，并获取相位函数的负函数导入设备光路中，作用于经过的激光脉冲以抵消激光脉冲的光谱相位色散，从而使得激光脉冲达到傅里叶变换极限的脉冲宽度，即最短脉宽值；能够有效地保证激光脉冲的峰值功率，保持激光脉冲的飞秒脉特性。一种脉冲整形器，包括：光栅、柱面透镜、二维液晶空间光调制器；所述光栅将射入的激光脉冲散射到空间中，经过所述柱面透镜后得到均匀分布的不同波长对应的多条线状光；所述线状光经过所述二维液晶空间光调制器进行相位调制和光谱强度控制；所述经过相位调制和光谱强度控制的线状光通过所述柱面透镜以及光栅还原成激光脉冲输出。在一个实施例中，所述二维液晶空间光调制器包括多个液晶组成的像素阵列；所述线状光在X轴方向汇聚，在Y轴方向上保持不变，每一种波长对应的线状光沿X轴方向均匀分布；所述像素阵列在Y轴方向上的像素对应于调制同一种波长的线状光，所述像素阵列在X轴方向上的像素分别对应不同波长的线状光。在一个实施例中，所述二维液晶空间光调制器的像素阵列在每一个不同的线状光的波长在Y轴方向的整列像素，对应形成一个角度、强度和频率随波长变化的类光栅的锯齿面；通过控制所述锯齿面的频率和强度，将线状光中一定比例的光线折射到有效的传输方向，以控制所述线状光的光谱强度；以及通过控制该整列像素的折射率，以控制对应波长的线状光的光谱相位。上述脉冲整形器，利用柱面透镜将光栅散射到空间的光线汇聚成连续分布的包含不同波长的线状光，然后利用二维液晶空间光调制器同时分别对各个波长对应的线状光的功率进行控制和相位进行调节，由此在傅里叶平面上基于一个相位调节液晶空间光调制器，同时实现了对激光脉冲的光谱强度控制和相位调节功能，从而降低了设备成本，提升光谱强度控制精度。另外，通过在二维液晶空间光调制器上同一列液晶像素对应控制一种波长的线状光，通过调整该列像素中像素单元的控制参数，控制光线折射至有效的1阶方向或者折射向原路反射的0阶方向，以此实现对该波长的光线的光谱强度控制，同时针对于同一列像素引入相同的折射率参数，实现对该波长的光线的相位调节功能，该脉冲整形器可以用于对任何经过设备光路传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光脉冲整形装置，其特征在于，包括：依次连接的脉冲整形器、控制装置和激光检测装置；/n所述脉冲整形器设置在连接激光光源的设备光路上，所述激光检测装置设置在激光脉冲作用对象的实际位置处；/n所述激光光源用于产生激光脉冲，通过所述设备光路传输后发射到所述作用对象上；/n所述激光检测装置用于测量所述发射到作用对象上的激光脉冲的光学参数并发送至所述控制装置；/n所述控制装置根据所述光学参数计算出相位补偿参数，并根据所述相位补偿参数控制所述脉冲整形器对经过设备光路的所述激光脉冲的相位进行补偿，使得发射到所述作用对象上的激光脉冲的光学参数达到目标值。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光脉冲整形装置，其特征在于，包括：依次连接的脉冲整形器、控制装置和激光检测装置；
所述脉冲整形器设置在连接激光光源的设备光路上，所述激光检测装置设置在激光脉冲作用对象的实际位置处；
所述激光光源用于产生激光脉冲，通过所述设备光路传输后发射到所述作用对象上；
所述激光检测装置用于测量所述发射到作用对象上的激光脉冲的光学参数并发送至所述控制装置；
所述控制装置根据所述光学参数计算出相位补偿参数，并根据所述相位补偿参数控制所述脉冲整形器对经过设备光路的所述激光脉冲的相位进行补偿，使得发射到所述作用对象上的激光脉冲的光学参数达到目标值。


2.根据权利要求1所述的激光脉冲整形装置，其特征在于，所述控制装置用于根据所述光学参数计算所述激光脉冲在整个设备光路中累积的光谱相位色散的相位函数及其对应的负函数，将所述负函数发送所述脉冲整形器；
所述脉冲整形器用于将所述负函数导入设备光路中，作用于经过的激光脉冲以抵消激光脉冲的光谱相位色散。


3.一种脉冲整形器，其特征在于，包括：光栅、柱面透镜、二维液晶空间光调制器；
所述光栅将射入的激光脉冲散射到空间中，经过所述柱面透镜后得到均匀分布的不同波长对应的多条线状光；
所述线状光经过所述二维液晶空间光调制器进行相位调制和光谱强度控制；
所述经过相位调制和光谱强度控制的线状光通过所述柱面透镜以及光栅还原成激光脉冲输出。


4.根据权利要求3所述的脉冲整形器，其特征在于，所述二维液晶空间光调制器包括多个液晶组成的像素阵列；
所述线状光在X轴方向汇聚，在Y轴方向上保持不变，每一种波长对应的线状光沿X轴方向均匀分布；
所述像素阵列在Y轴方向上的像素对应于调制同一种波长的线状光，所述像素阵列在X轴方向上的像素分别对应不同波长的线状光。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐炳蔚，朱欣，
申请(专利权)人：飞秒激光研究中心广州有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44