紧凑啁啾脉冲压缩器的制作方法

本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及一种紧凑啁啾脉冲压缩器。

背景技术：

飞秒激光器具有脉宽窄，峰值功率高等优点，在高速通信技术、高速摄影、光存储技术、激光核聚变、超精细加工、激光测距、雷达、生物学、激光光谱学、光电取样技术、深空探测等领域具有广泛的应用。

啁啾脉冲放大是获得飞秒激光的常用技术，如图1中锁模振荡器11发出的激光脉冲，经过啁啾脉冲展宽器12在时域上展宽成百上千倍以降低峰值功率，然后经过放大器13进行能量和功率放大，最后通过啁啾脉冲压缩器14在时域上压缩，最终获得高能量或高功率、窄脉宽的激光脉冲。

啁啾脉冲压缩器14是其中核心的装置之一，现有技术中适用于大功率/大能量飞秒激光器的啁啾脉冲压缩器14通常基于反射/透射光栅15，这种装置利用不同波长激光衍射后角度不同，在传播相当距离后光程不同，进而在时域上压缩激光脉冲，但是由于反射/透射光栅15对角度和偏振态敏感，衍射后激光需要传输较长距离(数百毫米以上)，且光束在空间上扩大(数十毫米)，导致了这种装置体积大、调节复杂、稳定性差，而飞秒激光器在实际使用中，经常还需要添加扩束、红光指示等功能，使体积更加庞大、调节更加复杂、稳定性更差，使飞秒激光器难以满足轻量化(如手持式和机械臂)的实际应用需求，也难以批量化、标准化生产。

技术实现要素：

本实用新型针对现有的啁啾脉冲压缩器存在的上述不足，提供了一种紧凑啁啾脉冲压缩器，该紧凑啁啾脉冲压缩器解决了现有啁啾脉冲压缩器存在的体积大、调节复杂、稳定性差，飞秒激光器在实际使用中经常还需要添加扩束、红光指示等功能，导致体积更加庞大、调节更加复杂、稳定性更差，使飞秒激光器难以满足轻量化(如手持式和机械臂)的实际应用需求，也难以批量化、标准化生产的技术难题。

为了达到上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种紧凑啁啾脉冲压缩器，包括安装在同一夹具的同一台面内的光纤准直器、λ/2玻片、光隔离器、啁啾体布拉格光栅、偏振分束棱镜、平凹透镜及平凸透镜，所述光纤准直器、λ/2玻片、光隔离器、啁啾体布拉格光栅、偏振分束棱镜、平凹透镜相互之间的间距在1mm以内；

所述光隔离器为用于使经啁啾体布拉格光栅反射后的激光光束沿与输入激光光束沿不同路径输出的器件，所述光隔离器由偏振分束棱镜与λ/4波片按照特定角度组合而成。

所述偏振分束棱镜后方还设有红光指示器。

进一步地，所述红光指示器为用于发射与激光光束共线的红光光束的器件。

进一步地，所述光纤准直器为用于准直光纤输出激光为近似平行光束的器件。

进一步地，所述λ/2玻片为用于调节激光光束偏振态的器件。

进一步地，所述偏振分束棱镜为用于反射激光光束的器件。

进一步地，所述平凹透镜和平凸透镜为用于整形激光光束的器件。

上述紧凑啁啾脉冲压缩器的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：

啁啾展宽过的激光脉冲经所述光纤准直器准直成平行的激光光束，经过λ/2波片调整偏振态为p偏振；

偏振态调整为p偏振的激光光束透过光隔离器，进一步调整偏振态为圆偏振光，入射至啁啾体布拉格光栅，被啁啾体布拉格光栅反射的激光光束在时域上被压缩为飞秒脉冲，反方向入射至光隔离器调整偏振态改为s偏振，被光隔离器反射至偏振分束棱镜；

偏振分束棱镜反射激光光束，经过平凹透镜、平凸透镜扩束后输出。

进一步地，所述偏振分束棱镜后方设置的红光指示器发射红光光束，部分透过偏振分束棱镜、平凹透镜、平凸透镜与激光光束共线输出。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的紧凑啁啾脉冲压缩器尺寸紧凑，将光纤准直、偏振态调整、扩束、红光指示功能集成一体，上述功能尺寸不超过100*20*15mm，所有器件可以直接安装在同一夹具的同一台面上，不会相对移动，体积小且稳定性高，能够帮助飞秒激光器满足轻量化(如手持式和机械臂)使用场景。

2、本实用新型提供的紧凑啁啾脉冲压缩器结构中没有对位置和角度特别敏感的器件，以肉眼可见的精度进行人工手动安装即可，不需要精密仪器夹持和监测，安装简单，能够促进飞秒激光器的批量化、标准化生产。

3、本实用新型提供的紧凑啁啾脉冲压缩器外部可直接连接振镜、物镜等应用装置，可以通过增减器件、替换器件、调整摆放位置、调整光路顺序等实现同样的效果，并且可以通过调整器件摆放位置来更加充分地利用产品空间，能够使飞秒激光器适应更广泛应用场景。

附图说明

图1为现有技术中啁啾脉冲放大技术原理图；

图2为本实用新型实施例提供的紧凑啁啾脉冲压缩器的结构示意图一；

图3为本实用新型实施例提供的紧凑啁啾脉冲压缩器的结构示意图二；

图4为本实用新型实施例提供的紧凑啁啾脉冲压缩器的结构示意图三；

图5为本实用新型实施例提供的紧凑啁啾脉冲压缩器的结构示意图四；

图6为本实用新型实施例提供的紧凑啁啾脉冲压缩器的结构示意图五；

图7为本实用新型实施例提供的紧凑啁啾脉冲压缩器的结构示意图六；

11-锁模振荡器、12-啁啾脉冲展宽器、13-放大器、14-啁啾脉冲压缩器、15-反射/透射光栅、21-光纤准直器、22-λ/2玻片、23-光隔离器、24-啁啾体布拉格光栅、25-偏振分束棱镜、26-平凹透镜、27-平凸透镜、28-红光指示器。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更清楚详细地介绍本实用新型实施例所提供的紧凑啁啾脉冲压缩器，下面将结合具体实施例进行描述。

实施例1

如图2所示，本实施例提供了一种紧凑啁啾脉冲压缩器，包括安装在同一夹具的同一台面内的光纤准直器21、λ/2玻片22、光隔离器23、啁啾体布拉格光栅24、偏振分束棱镜25、平凹透镜26及平凸透镜27，所述光纤准直器21、λ/2玻片22、光隔离器23、啁啾体布拉格光栅24、偏振分束棱镜25、平凹透镜26各相邻器件之间的间距在1mm以内，即除平凹透镜26和平凸透镜27间距以外其他器件间距在1mm内，平凹透镜26和平凸透镜27间距相对较大，具体地，所述光纤准直器21和λ/2玻片22间距可设置在1mm以内，所述λ/2玻片22和光隔离器23间距可设置在1mm以内，所述光隔离器23和啁啾体布拉格光栅24间距可设置在1mm以内，所述光隔离器23和偏振分束棱镜25间距可设置在1mm以内，所述偏振分束棱镜25和平凹透镜26间距可设置在1mm以内；本实施例提供的紧凑啁啾脉冲压缩器中的所有组成器件可以直接安装在同一夹具的同一台面内，不会相对移动，安装简单；需要的调节量很少，调节精度要求相对较低，体积小且稳定性高，同时该紧凑脉冲压缩器结构中没有对位置和角度特别敏感的器件，以肉眼可见的精度进行人工手动安装即可，不需要精密仪器夹持和监测。

本实施例中所述光隔离器23为用于使经啁啾体布拉格光栅反射后的激光光束沿与输入激光光束沿不同路径输出的器件，所述光隔离器23由偏振分束棱镜与λ/4波片按照特定角度组合而成或偏振分束棱镜与法拉第旋转器组合而成，或者光束以一定倾角入射和反射以达到分离输入与输出光束效果。

本实施例中所述紧凑啁啾脉冲压缩器充分利用各个器件的各个部分，在偏振分束棱镜25后方还设有红光指示器28，发射与激光光束共线的红光光束，利用偏振分束棱镜25对红光的大比例透射，实现与激光共线的红光指示功能；本实施例中的红光指示器通常使用红光半导体激光器，还可以替换为其他可见光，如绿光半导体激光器，也可以替换为能够起到指示作用的其他类型的发光装置。

本实施例提供的紧凑啁啾脉冲压缩器将光纤激光准直、偏振方向调节、光脉冲压缩、红光指示、扩束功能集成在一起，功能总尺寸不超过75*12*10mm，加上封装壳体尺寸不超过100*20*15mm，能够满足单手握的方式使用，充分利用了各个器件的特性，通过器件复用的方式，提高了器件利用率，将部分器件粘接在一起，间距为零，其他分立器件之间间距可以非常小，在1mm内，充分利用脉冲压缩功能结构间隙来插入平凹透镜26和平凸透镜27，进而实现扩束功能，因此，本实施例提供的紧凑啁啾脉冲压缩器尺寸紧凑，体积小、稳定性高，并且使用方便，直接在出口处连接振镜、物镜等装置，即可直接应用，应用范围更加广泛。

本实施例中所述光纤准直器21为用于准直光纤输出激光为近似平行光束的器件，准直光纤输出激光为近似平行光束，本实施例中采用的光纤准直器可以是镜片、光纤端帽，还可以是其他达到相同效果的装置。

本实施例中所述λ/2玻片22为用于调节激光光束偏振态的器件。

本实施例中所述啁啾体布拉格光栅24为啁啾体布拉格光栅或者包含啁啾体布拉格光栅的能够压缩经啁啾展宽过的激光脉冲至飞秒量级的复合装置。

本实施例中所述偏振分束棱镜25用于反射激光光束的器件，本实施例中用于反射激光光束的器件可以为偏振分束棱镜，也可以采用反射棱镜、反射镜、反射薄膜或其他能够反射激光的器件。

本实施例中所述平凹透镜26的平凸透镜27为用于整形激光光束的器件，本实施例中用于整形激光光束的器件可以为球透镜，也可以为非球透镜，同时也可以为独立的镜片组或封装好的光学系统。

本实施例中所述紧凑啁啾脉冲压缩器的工作方法，包括如下步骤：

啁啾展宽过的激光脉冲经所述光纤准直器21准直成平行的激光光束，经过λ/2波片22调整偏振态为p偏振；

偏振态调整为p偏振的激光光束透过光隔离器23，进一步调整偏振态为圆偏振光，入射至啁啾体布拉格光栅24，被啁啾体布拉格光栅24反射的激光光束在时域上被压缩为飞秒脉冲，由于两次经过λ/4波片，反方向入射至光隔离器23调整偏振态改为s偏振，被光隔离器23反射至偏振分束棱镜25；

偏振分束棱镜25反射激光光束，经过平凹透镜26、平凸透镜27扩束后输出。

实施例2

本实施例提供的紧凑啁啾脉冲压缩器与实施例1提供的紧凑啁啾脉冲压缩器的区别在于，在施例1提供的紧凑啁啾脉冲压缩器的基础上替换具有相似功能的器件，具体地，如图3所示，将偏振分束棱镜25替换为平面反射镜。

实施例3

本实施例提供的紧凑啁啾脉冲压缩器与实施例1提供的紧凑啁啾脉冲压缩器的区别在于，如图4所示，在平凸透镜27后增加一个物镜或其他器件，与后续装置中的光学系统集成起来，使得整个系统更加紧凑。

实施例4

本实施例提供的紧凑啁啾脉冲压缩器与实施例1提供的紧凑啁啾脉冲压缩器的区别在于，在实施例1提供的紧凑啁啾脉冲压缩器基础上省略部分器件以减少功能，具体地，如图5所示，省略λ/2波片减少输入光偏振调节功能，省略平凹透镜与平凸透镜减少扩束功能。

实施例5

本实施例提供的紧凑啁啾脉冲压缩器与实施例1提供的紧凑啁啾脉冲压缩器的区别在于，如图6所示，在实施例1提供的紧凑啁啾脉冲压缩器基础上调整器件摆放位置，进而达到可以结合使用场景，更加充分地利用产品空间的效果，如在一些手持式装置中，可以将光纤准直器与啁啾体布拉格光栅垂直摆放，其中啁啾体布拉格光栅可以位于手持手柄内，装置外壳形成类似“手枪”式结构。

实施例6

如图7所示，本实施例提供的紧凑啁啾脉冲压缩器在实施例1-5提供的紧凑啁啾脉冲压缩器基础上，不改变核心功能的情况下进行光路顺序调整，实现了相同的效果和目的。

本实用新型实施例1-6提供的紧凑啁啾脉冲压缩器中的所有组成器件可以直接安装在同一夹具的同一台面内，体积小且稳定性高；需要的调节量很少，调节精度要求相对较低，同时该紧凑脉冲压缩器结构中没有对位置和角度特别敏感的器件，以肉眼可见的精度进行人工手动安装即可，不需要精密仪器夹持和监测，安装简单。还可以通过增减器件、替换器件、调整摆放位置、调整光路顺序等实现同样的效果，并且可以通过调整器件摆放位置来更加充分地利用产品空间，多样的结合使用场景，帮助飞秒激光器满足轻量化(如手持式和机械臂)使用场景，使飞秒激光器适应更广泛的应用场景，并促进飞秒激光器的批量化、标准化生产。