一种色散补偿装置及色散补偿方法与流程

本发明涉及光的色散补偿，特别涉及一种色散补偿装置及色散补偿方法。

背景技术：

1、在非线性光学领域中，由于需要检测的非线性信号非常微弱，例如二次谐波、三次谐波等等，因此对入射激光的脉宽稳定性要求极高。激光脉宽越稳定，非线性信号越稳定。超快激光经过光学元件时，由于不同频率的光的折射率不同，会引入正色散或负色散，导致激光时域的脉冲宽度展宽，进而干扰测得的非线性信号值。

2、为抑制上述色散效果，现有技术通常采用色散调节装置对入射激光的色散量进行调节。现有的色散调节装置中，通常采用啁啾镜、棱镜组和光栅对等方式，对色散进行补偿。

3、但采用啁啾镜仅能对激光进行离散色散调节，无法连续调节；采用棱镜组和光栅对虽然能够实现对激光的正/负色散进行补偿，但其实现对激光的色散补偿难度极大，且几乎不可调节或调节速度缓慢，均无法做到对入射激光的色散进行快速连续调节，这就造成了高精度测量设备得不到脉宽符合要求的入射激光，进而导致高精度测量设备的测量精度和稳定性大幅降低。而在二次谐波测量设备中，对超快激光的脉宽要求极高。

4、因此，亟需一种色散补偿装置，来实时监测并快速连续调节激光的色散，形成闭环，以此稳定激光的脉宽。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种色散补偿装置及色散补偿方法，实现实时监测并快速连续调节激光的色散，形成闭环，以此稳定激光的脉宽的目的。

2、为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种色散补偿装置，包括：液体可变镜头100，用于对接收到的激光进行正色散补偿，所述液体可变镜头100至少包括一个用于容纳液体的腔室104，所述腔室104沿激光行进方向的长度可调节。分光镜200，其设置在所述液体可变镜头100的下游，用于对经正色散补偿后的所述激光分割成两束光束。色散测量装置300，其设置在所述分光镜200下游，用于测量两束光束中的任意一光束的色散值。计算机400，用于根据接收到的所述色散值调节所述液体可变镜头100的镜筒长度，以再次对所述激光进行正色散补偿。

4、可选地，所述液体可变镜头100包括：光路部和注液部103。所述光路部包括镜筒102和两个透镜101；两个所述透镜101分别沿所述镜筒102的长度方向设置在所述镜筒102的内部；所述镜筒102和两个所述透镜101界定所述腔室104。所述注液部103与所述腔室104连通，用于向所述腔室104内通入或抽出所述液体，以使两个所述透镜101相互远离或靠近。所述镜筒长度为两个所述透镜101之间的距离。

5、可选地，所述注液部103包括：注射器和步进电机；所述注射器的前端开口与所述腔室104连通，所述注射器的后端为活塞推杆，所述活塞推杆与所述步进电机连接；所述步进电机用于驱动所述活塞推杆向前或向后移动，以驱动所述注射器内部的液体流入至所述腔室104的内部，或从所述腔室104的内部抽出液体。

6、可选地，所述计算机400与所述步进电机连接，所述计算机400用于对所述色散测量装置300测量并传输的色散值进行判断，当所述色散值大于预设的最小误差值时，向所述步进电机发送第一驱动信号，驱动活塞推杆移动，以使所述注射器内部的液体流入至所述腔室的内部；当所述色散值小于所述最小误差值时，所述计算机400记录和/或显示补偿结果。

7、可选地，还包括：两个啁啾镜500，其均设置在所述液体可变镜头100的上游，用于对接收到的激光进行负色散补偿，两个所述啁啾镜500平行设置，使激光能够自两个所述啁啾镜500之间入射，随后反射若干次后出射，或者，激光能够从两个所述啁啾镜500之间穿过。

8、可选地，还包括：电机，其设置在对应的所述啁啾镜500上，且与所述计算机400连接，所述计算机400用于根据接收到的所述色散值生成第二驱动信号，所述电机根据接收到的所述第二驱动信号驱动两个所述啁啾镜500相对移动，从而调节所述激光信号在两个所述啁啾镜500之间的反射次数，进而调节负色散值的大小。

9、另一方面，本发明还提供一种色散补偿方法，采用如上文所述的色散补偿装置进行。

10、步骤s10、色散测量装置获取经过液体可变镜头之后的入射激光的色散值，并存储到所述计算机中。

11、步骤s11、计算机根据色散值计算出对应的镜筒长度d。

12、步骤s12、调节液体可变镜头的镜筒长度为d，以对所述入射激光进行正色散补偿。

13、步骤s13、所述计算机记录和/或显示补偿结果。

14、可选地，执行步骤s13之前，还包括：步骤s14、判断入射激光的最终的色散值是否符合预设标准，若是，则进入步骤s13；若否，则返回步骤s10。

15、可选地，所述步骤s11包括：所述计算机根据如下公式计算对应的所述镜筒长度d：

16、δv＝s×δd

17、式中，δd表示变化的镜筒长度；s表示镜筒的横截面积；δv表示液体注入量；

18、d＝d0+δd＝d0+δv/s

19、式中，d表示镜筒长度，d0表示初始的镜筒长度；

20、d正＝d0+δd

21、式中，d正表示最终的正色散值，d0表示初始的正色散值，δd表示变化的正色散值；

22、d正＝k×d

23、式中，k表示常数，由所述液体可变镜头中液体的物理性质确定，所述液体可变镜头所引入的正色散值d正仅与d的大小正相关。

24、可选地，所述步骤s12包括：所述计算机向注射器的步进电机发送驱动信号，驱动注射器向腔室内注入/抽出δv的液体，以使得镜筒长度为d，实现对所述入射激光的正色散补偿。

25、可选地，所述预设标准为所述入射激光在经过色散补偿装置后的最终的色散值小于预设的最小误差值，使所述入射激光在正色散补偿后的脉宽与入射激光本身的测量脉宽相差小于1％。

26、再一方面，本发明还提供一种色散补偿方法，采用如上文所述的色散补偿装置进行，包括：步骤s20、获取入射激光的初始色散值，并存储到所述计算机中。

27、步骤s21、计算机根据所述初始色散值判断所述入射激光是否需要负色散补偿，若是，进入步骤s22；若否，则进入步骤s24。

28、步骤s22、先根据所述初始色散值确定色散补偿量，之后根据色散补偿量确定啁啾镜反射次数n。

29、步骤s23、调节所述啁啾镜，使得入射激光在所述啁啾镜中的反射次数为n。

30、步骤s24、色散测量装置获取经过液体可变镜头之后的入射激光的色散值，并存储到所述计算机中。

31、步骤s25、所述计算机根据色散值计算出对应的镜筒长度d。

32、步骤s26、调节液体可变镜头的镜筒长度为d，以对所述入射激光进行正色散补偿。

33、步骤s27、所述计算机记录和/或显示补偿结果。

34、可选地，执行步骤s27之前，还包括：步骤s28、判断入射激光的最终的色散值是否符合预设标准，若是，则进入步骤s27；若否，则返回步骤s24。

35、可选地，所述液体可变镜头的镜筒长度值d根据以下公式进行计算：

36、δv＝s×δd

37、式中，δd表示变化的镜筒长度；s表示镜筒的横截面积；δv表示液体注入量；

38、d＝d0+δd＝d0+δv/s

39、式中，d表示镜筒长度，d0表示初始的镜筒长度；

40、d正＝d0+δd

41、式中，d正表示最终的正色散值，d0表示初始的正色散值，δd表示调节的正色散值；

42、d正＝k×d

43、式中，k表示常数，由所述液体可变镜头中液体的物理性质确定，所述液体可变镜头所引入的正色散值d正仅与d的大小正相关。

44、可选地，所述入射激光在两个所述啁啾镜之间每反射一次，两个所述啁啾镜所引入的负色散为-d1，反射n次，n为自然数，则两个所述啁啾镜所引入的负色散为-nd1。

45、可选地，所述步骤s26包括：所述计算机向注射器的步进电机发送驱动信号，驱动注射器向腔室内注入/抽出δv的液体，以使得镜筒长度为d，实现对所述入射激光的正色散补偿。

46、可选地，所述预设标准为所述入射激光在经过色散补偿装置后的最终的色散值小于预设的最小误差值，使所述入射激光在正色散补偿后的脉宽与入射激光本身的测量脉宽相差小于1％。

47、本发明至少具有以下优点之一：

48、本发明提供的一种色散补偿装置通过设有的液体可变镜头，色散测量装置和计算机，通过色散测量装置实时测量入射激光的色散值，计算机根据接收的色散值调节所述液体可变镜头的镜筒长度，以实现对所述激光进行正色散补偿，由此可知，实时监测并快速连续调节激光的色散，获得具有稳定脉宽的激光，满足在非线性光学领域中的应用需求。

49、本发明提供的所述液体可变镜头包括：光路部和注液部，通过注液部向所述光路部注入液体，调节所述液体可变镜头的镜筒长度，即通过精确改变液体注入量，即可实现连续改变可变镜头的镜筒长度，从而实现连续改变引入正色散的大小。

50、且本发明通过计算机控制注液部，能够提高液体注入量的精度，可变镜头的镜筒长度的调节精度也随之逐渐提高。由此本发明的色散补偿装置具有调节精度高和调节速度快的优点。

51、本发明通过设有的两个啁啾镜，用于对需要负色散补偿的激光进行色散补偿，以使需要负色散补偿的激光变成需要正色散补偿的激光，之后通过计算机调节镜筒长度，进而实现对需要负色散补偿的激光的快速且高精度的连续调节，由此本发明能够精确、快速、连续地在正负范围内调节色散。