专利名称：平行光栅对的调节方法
技术领域：
本发明涉及飞秒脉冲压缩，是一种平行光栅对的调节方法。本发明利用直角棱镜调节光栅对平行，具有操作简单，精度高，不受光栅对错开距离限制的优点。
背景技术：
近年来啁啾脉冲放大技术的发展为人类成功地提供了脉冲宽度在飞秒量级(10-15s)、峰值功率达太瓦(1012W)甚至拍瓦(1015W)量级的超强激光脉冲，其聚焦后的超高强度(1018W/cm2)在诸如电子加速等领域具有非常广泛的应用。啁啾脉冲放大技术的基本思想是在放大前通过展宽器引入正色散，使脉冲的不同频率成分以不同的速度传输，从而在时域将飞秒量级的超短脉冲展宽成数百皮秒(10-12s)甚至纳秒(10-9s)量级的啁啾脉冲，经逐级放大后再用压缩器补偿展宽和放大过程中的正色散，从而获得超高功率，超短脉冲的输出。
光栅对最适合提供负色散，所以在啁啾脉冲放大系统中一般使用光栅对进行脉冲压缩。平行光栅对压缩器是由E.B.Treacy于1969年提出的[E.B.Treacy，IEEE J.Quantum Electron.QE-5，454(1969)]。其结构如图1所示，由两个平行设置的第一光栅1、第一光栅2及一个反射镜3组成。种子脉冲入射至第一光栅1，经其衍射后至第二光栅2，在与入射光平行的方向出射，至反射镜3反射后沿原路返回。
在先技术中，人们借助一台准直光源4和一块平板玻璃6来调节光栅对的平行。第一步，如图2所示，调节准直光源4，使准直光源4发出的光经第一光栅1反射之后返回小孔光阑5，即调节准直光源4发出的光与第一光栅1垂直；第二步，如图3所示，在准直光源4和第一光栅1之间插入平板玻璃6，调节平板玻璃6使准直光源4发出的光经平板玻璃6反射之后返回小孔光阑5，即调节平板玻璃6与准直光源4发出的光垂直；第三步，如图4所示，将准直光源4和小孔光阑5移到平板玻璃6和第一光栅1之间，调节准直光源4，使得准直光源4发出的光经平板玻璃6反射之后返回小孔光阑5，即调节准直光源4发出的光与平板玻璃6垂直；第四步，如图5所示，首先根据理论计算粗略估计第二光栅2的摆放位置，然后平移平板玻璃6，使得平板玻璃6的位置与原位置相比更靠近第二光栅2，调节平板玻璃6，使得准直光源4发出的光经平板玻璃6反射之后返回小孔5，即调节平板玻璃6与准直光源4发出的光垂直；第五步，如图6所示，平移准直光源4和小孔光阑5，使得准直光源4的位置与原位置相比更靠近第二光栅2，调节准直光源4，使准直光源4发出的光经平板玻璃6反射之后返回小孔光阑5，即调节准直光源4发出的光与平板玻璃6垂直；第六步，如图7所示，卸下平板玻璃6，安装上第二光栅2，调节第二光栅2使准直光源4发出的光经第二光栅2反射之后返回小孔5，即调节第二光栅2与准直光源4发出的光垂直。至此，我们认为第一光栅1与第二光栅2平行。值得说明的是，本方法对平板玻璃6两个表面的平行度有严格要求，需要两个表面严格平行。
这个方法的缺点是只适用于两个光栅没有在空间上错开或者错开距离较小的情况。当两个光栅错开距离较大的时候，必须重复步骤四和步骤五多次。这样由于误差积累，将使得光栅对的平行度受到很大影响，严重影响压缩脉冲的宽度并引入空间啁啾。
发明内容
本发明为了克服上述在先技术的局限性，提供一种平行光栅对的调节方法。该方法体操作简单，精度高，不受光栅对错开距离的限制。
本发明的技术解决方案如下一种平行光栅对的调节方法，该方法需要使用的器件包括一台准直光源、一小孔光阑、一直角棱镜、一高度标记及其安装的调整平台，待调整的第一光栅和第二光栅，将所述的小孔光阑直接水平地固定在准直光源的出口处，所述的高度标记的高度即所述的准直光源经小孔光阑小孔的出射光的高度，该方法包括如下步骤①按设计粗装待调整的第一光栅和第二光栅，以第一光栅为准，设定并调节准直光源，使准直光源经小孔光阑的小孔发出的光照射并经第一光栅反射之后返回小孔光阑的小孔，即调节准直光源发出的光与第一光栅垂直；②在准直光源和第一光栅之间插入所述的直角棱镜，调节该直角棱镜，使准直光源发出的光经该直角棱镜的第一直角面反射之后返回小孔光阑的小孔，即调节准直光源发出的光与直角棱镜的第一直角面垂直，同时在该直角棱镜的第二直角面的出射光方向设置所述的高度标记，水平微调该直角棱镜，使由该直角棱镜第二直角面的出射光束的高度与高度标记所规定的高度严格一致；③将所述的准直光源移动并直接照射所述的直角棱镜的第二直角面，调节该准直光源，使准直光源的光经直角棱镜的第二直角面反射后返回小孔光阑的小孔，即调节准直光源的出射光方向与第一光栅平行；④将直角棱镜向准直光源方向平移，使由直角棱镜的第一直角面的出射光能照射到第二光栅，并始终保障准直光源发出的光经该直角棱镜的第二直角面反射之后返回小孔光阑的小孔；⑤调节第二光栅，使准直光源发出的光由直角棱镜照射第二光栅，并由第二光栅反射后经所述的直角棱镜再返回小孔光阑的小孔，至此，第一光栅与第二光栅平行。
所述的水平标记可为直尺、或可调高度的基准小孔或狭缝。
与先技术相比，本发明具有以下显著特点(1)本发明操作简单，精度高。
(2)本发明通过使用直角棱镜，可以在光栅对任意错开距离的条件下获得同样的调节精度。
(3)本发明所使用的器件都是实验室的常用器件，容易获得，无需特意制备。
图1光栅对压缩器结构简2～图7为现有的典型平行光栅对调节方法示意图。
图8～图12为本发明平行光栅对的调节方法示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
先请参阅图8～图12，图8～图12为本发明平行光栅对的调节方法的示意图。由图可见，本发明平行光栅对的调节方法，特征在于该方法需要使用的器件包括一台准直光源4、一小孔光阑5、一直角棱镜7、一高度标记8及其安装的调整平台，待调整的第一光栅1和第二光栅2，将所述的小孔光阑5直接水平地固定在准直光源4的出口处，所述的高度标记8的高度即所述的准直光源4经小孔光阑5小孔的出射光的高度，该方法包括如下步骤①按设计粗装待调整的第一光栅1和第二光栅2，以第一光栅1为准，设定调节准直光源4，使准直光源4经小孔光阑5的小孔发出的光照射并经第一光栅1反射之后返回小孔光阑5的小孔，即调节准直光源4发出的光与第一光栅1垂直，如图8所示；②在准直光源4和第一光栅1之间插入所述的直角棱镜7，调节该直角棱镜7，使准直光源4发出的光经该直角棱镜7的第一直角面反射之后返回小孔光阑5的小孔，即调节准直光源4发出的光与直角棱镜7的第一直角面垂直，同时在该直角棱镜7的第二直角面的出射光方向设置所述的高度标记8，水平微调该直角棱镜7，使由该直角棱镜7第二直角面的出射光束的高度与高度标记8所规定的高度严格一致，如图9所示；③将所述的准直光源4移动并直接照射所述的直角棱镜7的第二直角面，调节该准直光源4，使准直光源4的光经直角棱镜7的第二直角面反射后返回小孔光阑5的小孔，即调节准直光源4的出射光方向与第一光栅1平行，如图10所示；④将直角棱镜7向准直光源4方向平移，如图11所示，使由直角棱镜7的第一直角面的出射光能照射到第二光栅2，并始终保障准直光源4发出的光经该直角棱镜7的第二直角面反射之后返回小孔光阑5的小孔；⑤调节第二光栅2，使准直光源4发出的光由直角棱镜(7照射第二光栅2，并由第二光栅2反射后经所述的直角棱镜7再返回小孔光阑5的小孔，如图12所示。至此，第一光栅(1)与第二光栅(2)平行。
其中使用的水平标记8为基准小孔。
在本发明中小孔光阑5的功能是便于观察准直光源4发出的光是否沿原光路返回；基准小孔8的功能是确保直角棱镜7的出射光高度与准直光源4的出射光高度一致，基准小孔8无需固定在某一个特定的位置，根据实际需要自由移动；直角棱镜7的功能是为移动准直光源4提供参考。由于直角棱镜7有两个互相垂直的表面，因此也就有了两个参考平面，可以同时在与第一光栅1平行和垂直的两个方向上为移动准直光源4提供参考，并且由于直角棱镜7可以延着准直光源4的出射光方向无限远移动，这样才使得应用本方法调节光栅对平行可以不受光栅对错开距离大小的限制。
权利要求
1.一种平行光栅对的调节方法，特征在于该方法需要使用的器件包括一台准直光源(4)、一小孔光阑(5)、一直角棱镜(7)、一高度标记(8)及其安装的调整平台，待调整的第一光栅(1)和第二光栅(2)，将所述的小孔光阑(5)直接水平地固定在准直光源(4)的出口处，所述的高度标记(8)的高度即所述的准直光源(4)经小孔光阑(5)小孔的出射光的高度，该方法包括如下步骤①按设计粗装待调整的第一光栅(1)和第二光栅(2)，以第一光栅(1)为准，设定调节准直光源(4)，使准直光源(4)经小孔光阑(5)的小孔发出的光照射并经第一光栅(1)反射之后返回小孔光阑(5)的小孔，即调节准直光源(4)发出的光与第一光栅(1)垂直；②在准直光源(4)和第一光栅(1)之间插入所述的直角棱镜(7)，调节该直角棱镜(7)，使准直光源(4)发出的光经该直角棱镜(7)的第一直角面反射之后返回小孔光阑(5)的小孔，即调节准直光源(4)发出的光与直角棱镜(7)的第一直角面垂直，同时在该直角棱镜(7)的第二直角面的出射光方向设置所述的高度标记(8)，水平微调该直角棱镜(7)，使由该直角棱镜(7)第二直角面的出射光束的高度与高度标记(8)所规定的高度严格一致；③将所述的准直光源(4)移动并直接照射所述的直角棱镜(7)的第二直角面，调节该准直光源(4)，使准直光源(4)的光经直角棱镜(7)的第二直角面反射后返回小孔光阑(5)的小孔，即调节准直光源(4)的出射光方向与第一光栅(1)平行；④将直角棱镜(7)向准直光源(4)方向平移，使由直角棱镜(7)的第一直角面的出射光能照射到第二光栅(2)，并始终保障准直光源(4)发出的光经该直角棱镜(7)的第二直角面反射之后返回小孔光阑(5)的小孔；⑤调节第二光栅(2)，使准直光源(4)发出的光由直角棱镜(7)照射第二光栅(2)，并由第二光栅(2)反射后经所述的直角棱镜(7)再返回小孔光阑(5)的小孔，至此，第一光栅(1)与第二光栅(2)平行。
2.根据权利要求1所述的平行光栅对的调节方法，特征在于所述的水平标记(8)为直尺、或可调高度的基准小孔或狭缝。
全文摘要
一种平行光栅对的调节方法，属于飞秒脉冲压缩技术。通过使用一台准直光源和一个直角棱镜，利用直角棱镜调节光栅对平行，本发明具有操作简单，精度高，不受光栅对错开距离限制的优点。
文档编号G02B27/62GK1920617SQ200610031058
公开日2007年2月28日 申请日期2006年9月12日 优先权日2006年9月12日
发明者李闯, 陆效明, 王乘, 梁晓燕, 冷雨欣, 李儒新 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所