光谱形状可调的单光栅展宽压缩器及调节方法与流程

本发明涉及激光啁啾脉冲放大，尤其涉及一种光谱形状可调的单光栅展宽压缩器及调节方法。

背景技术：

1、在飞秒激光器的放大方案中，啁啾脉冲放大是一种高效应用广泛的方法。啁啾脉冲放大的技术核心就是将初始脉冲经过一个时间延迟线把脉宽展宽，有效降低了峰值功率，经过放大器放大时有效保护了激光晶体不被损坏，在放大完毕后再次经过一个时间延迟线把脉冲压缩回原有的飞秒脉冲。在这个过程中实现脉冲展宽、压缩的一套组件分别称为展宽器、压缩器。展宽器和压缩器共用一个透射光栅。

2、若综合要求较大展宽量，高压缩效率，高损伤阈值，利用单个透射式光栅，再配合爬高镜、折返镜等元件构造的展宽器与压缩器是非常优秀的选择。但是常见的展宽压缩器的器件位置实现对固定的，如公开号为cn217360461u的中国实用新型专利公开了一种基于单透射光栅的超快激光展宽压缩器，该展宽压缩器增加了一倍展宽量，但是第一爬高镜的位置是固定的，无法对展宽后的光谱形状进行调控。因此，提供一种在展宽压缩器的展开环节进行光谱形状的调制，提高集成度的同时，有效改善激光器特性，灵活的调节光谱的形状，是很有必要的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种能够灵活调节展宽环节光谱的形状、灵活的对光谱进行编辑、实现光谱预整形的效果的光谱形状可调的单光栅展宽压缩器及调节方法。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了光谱形状可调的单光栅展宽压缩器，包括展宽单元(1)、透射光栅(2)和压缩单元，展宽单元(1)包括输入组件(11)、反射组件(12)和光束遮挡组件(13)：

3、透射光栅(2)包括第一端和第二端，第一端与第二端之间形成衍射光路；

4、所述输入组件(11)，设置在透射光栅(2)的第一端外侧，输入组件(11)包括平行且间隔设置的输入端和输出端，输入端用于向透射光栅的第一端发出输入光束，输出端用于接收脉宽展宽后的光束；

5、所述反射组件(12)，设置在透射光栅(2)的第二端外侧，用于将透射光栅(2)第二端衍射输出的光束进行反射后送回透射光栅(2)的第二端，并由透射光栅(2)的第一端衍射输出至输入组件(112)；

6、所述光束遮挡组件(13)，设置在透射光栅(2)的第一端与输入组件(11)之间，用于选择性的遮挡透射光栅(2)的第一端输出光路的光斑的截面。

7、在以上技术方案的基础上，优选的，所述输入组件(11)包括输入光纤准直器(111)、输出光纤准直器(112)和爬高镜(113)；

8、输入光纤准直器(111)，朝向透射光栅(2)的第一端设置，用于向透射光栅(2)的第一端发射输入光束；输入光纤准直器(111)作为输入组件(11)的输入端；

9、输出光纤准直器(112)，朝向透镜光栅的第一端设置，并与所述输入光纤准直器(111)平行且间隔设置；输出光纤准直器(112)作为输入组件(11)的输出端；

10、爬高镜(113)，设置在所述输出光纤准直器(112)与透射光栅(2)之间，且朝向透射光栅(2)的第一端，用于降低透射光栅(2)的第一端衍射输出的光束与输入光纤准直器(111)提供的输入光束之间的光高差，使透射光栅(2)的第一端衍射输出的脉宽展宽后的光束耦合进入输出光纤准直器(112)中；

11、光束遮挡组件(13)，设置在爬高镜(113)的输入端与透射光栅(2)的第一端之间，用于选择性的遮挡爬高镜(113)的输入端的光路，改变光斑截面形状。

12、优选的，所述光束遮挡组件(13)包括基座(131)、若干驱动器(132)和若干挡块(133)；基座(131)沿着透射光栅(2)的第一端衍射输出的光束的径向方向延伸设置，且基座(131)偏离透射光栅(2)的第一端衍射输出的光束的光斑区域；基座(131)上顺次设置有若干驱动器(132)和若干挡块(133)，若干驱动器(132)与若干挡块(133)一一对应设置，若干挡块(133)的一端与基座(131)滑动连接，若干挡块(133)的另一端朝着透射光栅(2)的第一端的衍射输出的光轴方向延伸；若干驱动器(132)分别调节对应的挡块(133)伸出基座(131)的长度，且各挡块(133)伸出基座(131)的长度不完全相等。

13、优选的，所述若干驱动器(132)和若干挡块(133)的数量均为偶数个，且挡块(133)的数量将透射光栅(2)的第一端衍射输出的光束在爬高镜(113)输入端的光斑区域的直径等分。

14、优选的，透射光栅(2)的第一端衍射输出的光束在爬高镜(113)输入端的光斑区域的大小ω1，表示为ω1＝2×[(2f-2l1)×tan(δθ/2)]+ω0，其中ω0是输入光纤准直器(111)发射的输入光束的光斑大小；f为聚焦透镜(121)的焦距；l1为透射光栅(2)与聚焦透镜(121)的距离；为令输入光束在-10db谱宽对应的波长极大端点值和波长极小端点值分别为λ2和λ1，波长极大端点值λ2所对应的透射光栅(2)的衍射光路的衍射角为θ2，波长极小端点值λ1所对应的透射光栅(2)的衍射光路的衍射角为θ1，则δθ＝θ2-θ1为波长极大端点值和波长极小端点值的衍射角之差。

15、优选的，所述若干驱动器(132)为直线驱动机构。

16、优选的，所述反射组件(12)包括聚焦透镜(121)、第一高反镜(122)和第二高反镜(123)；

17、所述聚焦透镜(121)，设置在透射光栅(2)的第二端外侧的光路上，用于将透射光栅(2)的第二端衍射输出的光束进行聚焦；

18、第二高反镜(123)，固定设置在透射光栅(2)的侧面；

19、第一高反镜(122)，固定设置在所述聚焦透镜(121)远离透射光栅(2)的光路一侧，用于将聚焦透镜(121)输出的光束反射至第二高反镜(123)，并将第二高反镜(123)反射的光束再次反射并经过聚焦透镜(121)送入透射光栅(2)的第二端。

20、优选的，第二高反镜(123)与聚焦透镜(121)的距离等于聚焦透镜(121)的焦距f。

21、优选的，所述光束遮挡组件(13)由不透光的材料制成。

22、另一方面，本发明提供了一种光谱形状可调的单光栅展宽压缩器的调节方法，包括如下步骤：

23、s1：配置上述的光谱形状可调的单光栅展宽压缩器；

24、s2：输入光纤准直器(111)发射的输入光束，经过透射光栅(2)衍射返回爬高镜(113)的输入端，使得输入光束的光谱分量在横向上被展开，爬高镜(113)输入端的光斑区域的大小ω1，表示为ω1＝2×[(2f-2l1)×tan(δθ/2)]+ω0，其中ω0是输入光纤准直器(111)发射的输入光束的光斑大小；f为聚焦透镜(121)的焦距；l1为透射光栅(2)与聚焦透镜(121)的距离；为令输入光束在-10db谱宽对应的波长极大端点值和波长极小端点值分别为λ2和λ1，波长极大端点值λ2所对应的透射光栅(2)的衍射光路的衍射角为θ2，波长极小端点值λ1所对应的透射光栅(2)的衍射光路的衍射角为θ1，则δθ＝θ2-θ1为波长极大端点值和波长极小端点值的衍射角之差；

25、s3：如果光谱展宽后的光斑大小超过实际需求，则根据需要启动光束遮挡组件(13)，遮挡超出需要的光斑的部分区域，使得经过展宽单元(1)输出的光谱分量满足实际需求。

26、本发明提供的光谱形状可调的单光栅展宽压缩器及调节方法，相对于现有技术，具有以下有益效果：

27、(1)本方案基于现有展宽器结构对于光谱无法调节的缺点，增设了光束遮挡组件，可以对光束的截面形状进行整形，从而实现对展宽后的光谱任意编辑的效果，满足多样化的输出要求；

28、(2)光束遮挡组件上设置了若干可以独立动作的挡块，可以通过调整多个挡块的伸出量，将挡块组合形成不同的轮廓的组合，实现对光斑截面的整形或者补偿功能，而且多个等宽的挡块等分光斑的直径，可以做到精细调节光斑的目的；

29、(3)通过构建光斑区域大小与输入光束光斑以及输出光谱的关系式，可以将挡块对应的光斑尺寸与输出光束的光谱分量建立联系，反过来通过光谱的现状，可以反馈挡块的伸出位置或者伸出量是否合适，形成闭环反馈验证过程。