專利名稱：超短脈沖激光光束體全息光柵整形裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及脈沖激光光束整形裝置，尤其是一種基于體全息光柵偏振調制的超短脈沖激光光束體全息光柵整形裝置，可應用于激光測量及信息處理等技術領域。
背景技術：
隨著脈沖激光光束產(chǎn)生技術的發(fā)展，光脈沖整形技術作為超短脈沖激光光束產(chǎn)生的補充手段，為超快光譜學，非線性光纖光學和強場物理提供了前所未有的控制超短光脈沖波形的手段而得到了廣泛的研究。人們已經(jīng)發(fā)展了一系列光波形合成或脈沖整形的技術方法。其中對于大于1ns的脈沖激光光束，可以直接利用電光介質的Kerr效應對其整形，而對于更短些的脈沖，可利用時域Fourier變換進行整形，其核心是利用模板(Mask)對在空間色散開來的各頻率成分進行平行調制，最終達到脈沖整形的目的，目前已經(jīng)成為一種主流技術。所用的模板有利用微細加工制作的振幅掩模板和相位掩模板(參見在先技術[1]A.M.Weiner，J.P.Heritage，and E.M.Kirschner，″High resolutionfemtosecond pulse shaping，″J.Opt.Soc.Am.B 5，1563-1572，1988)，陣列型液晶空間光調制器(參見在先技術[2]A.M.Weiner，″Femtosecond Pulse Shaping Using Spatial Light Modulators″，Rev.Sci.Instr.71，1929-1960，2000)、聲光調制器(參見在先技術[3]C.Hillegas，J.X.Tull，D.Goswami，D.Strickland，and W.S.Warren，“Femtosecond laser pulse shaping by use of microsecondradio-frequency pulses，”O(jiān)pt.Lett.19，737(1994).M.A.Dugan，J.X.Tull，and W.S.Warren，“High-resolution acousto-opticshaping of unamplified and amplified femtosecond laser pulses”J.Opt.Soc.Am.B14，2348-2358，1997.)等。但在先技術[1]不易提供連續(xù)的位相變化，每個實驗必須制造新的模板，在先技術[2]不能在高重復速率系統(tǒng)中應用，且低于50fs的范圍內沒有聲光調制器的報道，在先技術[3]雖然使用較多，但需要復雜的計算，而不能滿足目前控制脈沖激光光束特別是對高速的脈沖激光光束的需要。
由于體全息光柵易于實現(xiàn)動態(tài)處理，多功能化和易于集成等優(yōu)點，使它在超短脈沖激光光束的傳輸整形中得到了應用，參見在先技術[4](Y.Ding，D.D.Nolte，Z.Zheng，et al..Brost，Bandwidth studyof volume holography in photorefractive InPFe for femtosecondpulse readout at 1.5μm.J.Opt.Soc.Am.(B)，1998，15(11)2763~2768)。該技術給出對偏振方向垂直于入射面的脈沖光束，可以通過改變光柵的光柵參量，主要是光柵的光柵周期及光柵厚度而實現(xiàn)對其進行整形的目的。目前使用的記錄體全息光柵的介質大部分是各向異性的，但該技術并沒考慮待整形的光束偏振狀態(tài)的改變對脈沖整形的結果產(chǎn)生的影響。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種超短脈沖激光光束體全息光柵整形裝置，要求該裝置能動態(tài)地、多功能地對超短脈沖激光光束進行整形，又結構簡單，使用方便。
本發(fā)明的實質是利用體全息光柵的Bragg波長選擇性及光柵記錄材料的折射率及折射率調制度的光學各向異性，對輸入的脈沖激光光束，通過調整其偏振狀態(tài)而得到不同波形及帶寬的脈沖激光光束，實現(xiàn)對光束整形的目的，且該裝置調制的光譜寬度或脈沖寬度的范圍可以通過選擇光柵參量而調制。
本發(fā)明的技術解決方案如下一種超短脈沖激光光束體全息光柵整形裝置，其特征在于包括一記錄了體全息光柵的晶體，該體全息光柵的光柵矢量與晶體的光軸方向一致，該晶體前在待整形的脈沖激光光束的入射方向有一寬帶偏振旋轉器，在該晶體透射光束方向置有第二偏振器，在該晶體的衍射光束方向置有第三偏振器。
所述的晶體是光學各向異性的雙摻雜的LiNbO3晶體，即LiNbO3:Fe:Mn或者LiNbO3:Ce:Cu單晶。
在待整形的脈沖激光光束的入射方向所述的寬帶偏振旋轉器之前還有一第一偏振器。
本發(fā)明裝置中各向異性晶體的體全息光柵，用于對脈沖激光光束進行振幅及相位的調制；寬帶偏振旋轉器，用于調制輸入的線偏振的脈沖激光光束的偏振狀態(tài)；第一偏振片，用于保證被整形的輸入脈沖激光光束為線偏振光束；該晶體透射光束方向置有第二偏振器，在該晶體的衍射光束方向置有第三偏振器，分別用于取出不同偏振狀態(tài)的透射脈沖激光光束及衍射脈沖激光光束。
對比在先技術，本發(fā)明裝置通過調制脈沖激光光束的偏振狀態(tài)，實現(xiàn)對其整形的目的，而且調制范圍可以通過調制光柵參量而控制，整形出來的光束選擇性大，整形的范圍可調，操作簡便，特別適應于光通訊器件的小型化和集成化發(fā)展的需要。
本發(fā)明的基本思想如下一束線偏振的超短脈沖激光光束入射到體全息光柵中，由于記錄光柵的介質的光學各向異性，當入射脈沖激光光束的偏振狀態(tài)改變時，輸出脈沖激光光束的強度在頻譜域及時間域的分布也隨之寬帶偏振旋轉器，在該晶體透射光束方向置有第二偏振器，在該晶體的衍射光束方向置有第三偏振器。改變，即其光譜寬度、脈沖寬度及波形發(fā)生了相應的變化。體全息光柵的光柵參量發(fā)生改變時，偏振調制的光譜寬度或脈沖寬度變化的范圍也相應發(fā)生變化。因此利用體全息光柵，通過調制入射脈沖激光光束的偏振狀態(tài)，可以得到不同脈沖寬度和波形的輸出脈沖激光光束，實現(xiàn)對脈沖激光光束進行整形的目的。
圖1是本發(fā)明超短脈沖激光光束體全息光柵整形裝置一個具體實施例的基本結構示意圖。
圖2是光柵參量不同時，偏振調制的光譜帶寬的變化曲線。
圖3是輸入脈沖寬度為30fs時，整形后的L1透射脈沖激光光束中垂直于入射面的偏振分量的強度在頻譜域的分布及波形變化的曲線。
圖4是輸入脈沖寬度為30fs時，整形后的L1透射脈沖激光光束中垂直于入射面的偏振分量的強度在時間域的分布及波形變化的曲線。
圖5是輸入脈沖寬度為30fs時，整形后的L1透射脈沖激光光束中平行于入射面的偏振分量的強度在頻譜域的分布及波形變化的曲線。
圖6是輸入脈沖寬度為30fs時，整形后的L1透射脈沖激光光束中平行于入射面的偏振分量的強度在時間域的分布及波形變化的曲線。
圖7是輸入脈沖寬度為30fs時，整形后的L2衍射脈沖激光光束中垂直于入射面的偏振分量的強度在頻譜域的分布及波形變化的曲線。
圖8是輸入脈沖寬度為30fs時，整形后的L2衍射脈沖激光光束中垂直于入射面的偏振分量的強度在時間域的分布及波形變化的曲線。
圖9是輸入脈沖寬度為30fs時，整形后的L2衍射脈沖激光光束中平行于入射面的偏振分量的強度在頻譜域的分布及波形變化的曲線。
圖10是輸入脈沖寬度為30fs時，整形后的L2衍射脈沖激光光束中平行于入射面的偏振分量的強度在時間域的分布及波形變化的曲線。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作詳細說明。
先請參閱圖1，圖1是本發(fā)明超短脈沖激光光束體全息光柵整形裝置一個具體實施例的基本結構示意圖。由圖可見，本發(fā)明超短脈沖激光光束體全息光柵整形裝置，包括一記錄了體全息光柵的晶體1，該體全息光柵的光柵矢量K與晶體1的光軸方向一致，該晶體1前在待整形的脈沖激光光束L0的入射方向有一寬帶偏振旋轉器2，在該晶體1透射光束L1方向置有第二偏振器4，在該晶體1的衍射光束L2方向置有第三偏振器5。
所述的晶體1是光學各向異性的雙摻雜的LiNbO3晶體，即LiNbO3:Fe:Mn或者LiNbO3:Ce:Cu單晶。在待整形的脈沖激光光束L0的入射方向所述的寬帶偏振旋轉器2之前還有第一偏振器3。
體全息光柵記錄在有光學各向異性的晶體1中，待整形的脈沖激光光束L0經(jīng)過第一偏振器3和一個寬帶偏振旋轉器2后，以θ角入射至晶體1，且在晶體1中的折射角即為所記錄的體全息光柵的布喇格角，經(jīng)體全息光柵后，輸出透射脈沖激光光束L1和衍射脈沖激光光束L2，它們分別經(jīng)過置于體全息光柵后的透射脈沖激光光束L1和衍射脈沖激光光束L2傳播方向上的第二偏振器4和第三偏振器5，形成整形后的脈沖激光光束L3和L4。
圖1中所述的有光學各向異性的晶體為雙摻雜的LiNbO3晶體，是高溫氧化處理的同組分LiNbO3:Fe:Mn或者LiNbO3:Ce:Cu單晶。其光軸沿x軸方向。晶體1中所記錄的體全息光柵是用兩色光兩中心記錄法記錄的，參見K.Buse，A.Adibi，et al.，Nature，397(7)，pp.665-668，1998，Nonvolatile holographic storage holograms in doubly doped lithiumniobate crystals，所記錄的光柵的光柵矢量沿x軸方向。
圖1中所述的寬帶偏振旋轉器2置于晶體1前，用來改變待整形的激光光束的偏振狀態(tài)，使入射的脈沖激光光束的偏振矢量與圖1中xz面的夾角的大小發(fā)生變化，從而使入射的脈沖激光光束中垂直和平行于入射面的光束振幅分量發(fā)生改變。
圖1中所述的第一偏振器3置于寬帶偏振旋轉器2前，用于保證待整形的脈沖激光光束L0經(jīng)過偏振器3后為線偏振的脈沖激光光束。
圖1中所述的第二偏振器4和第三偏振器5置于晶體1后。因為在從光柵出射的脈沖激光光束L1和L2中，既有垂直于入射面又有平行于入射面的光束分量，如果需要得到偏振方向垂直于入射面的光束分量，只需調整第二偏振器4和第三偏振器5，使其透光軸方向垂直于入射面；如果需要使用偏振方向平行于入射面的光束，只需調整第二偏振器4和第三偏振器5，使其透光軸方向平行于入射面且垂直于各自的光束傳播方向。
對本發(fā)明的詳細分析如下在晶體1中，所記錄的體全息光柵的光柵矢量K與光軸方向一致，都沿x軸方向，Λ為光柵周期，d為光柵厚度，且K＝2π/Λ。
待整形的脈沖激光光束L0，通過第一偏振器3后，其振幅分布為u0(t)，通過寬帶偏振旋轉器2后以θ角入射至晶體1中，其中心波長為λ0，偏振矢量er＝sinero+cosere，為光柵的偏振矢量與xz面之間的夾角，即為文中的偏振角。由于晶體1的各向異性，任意線偏振的超短脈沖激光光束的每一頻譜成分在體全息光柵中均被分為偏振矢量平行于入射面的o光束Ro(0，λ)＝u0(λ)sin和偏振矢量垂直于入射面的e光束Re(0，λ)＝u0(λ)cos，兩種本征偏振態(tài)的光束分別衍射。類似于Kogelnik耦合波理論，設光柵中只有透射光L1Ri(z，λ)eri和衍射光L2Si(z，λ)esi，其中i＝o或者e，分別表示光柵對偏振方向垂直于入射面的o光束和偏振方向平行于入射面的e光束衍射的情形。eri和est為歸一化的偏振矢量。設θB為晶體1中所記錄的體全息光柵的Bragg入射角，sinθB＝λ0/2n0Λ，sinθ＝nosinθB。
由Kogelnik的耦合波理論，可得如下耦合波方程cosθBRi′+α(λ)Ri＝-jκi(λ)(eri·esi)Si (1)其中符號’表示對z求一階導數(shù)，α(λ)＝μcσ(λ)/2ni(λ)， κi(λ)＝πn1i/λ-μcσ1/8ni(λ)，σ(λ)和ni(λ)是體全息光柵記錄介質的平均電導率和折射率，n1i和σ1分別是ni(λ)和σ(λ)的調制度，ni(λ)可由Sellmeier公式給出。
對于讀出光在晶體1中的正常光分量，(ero·eso)＝1，而對于非常光分量，我們得到(ere·ese)＝cos(2θB)?？紤]光柵介質的色散效應，對 作一階Taylor展開可得 其中Δλ＝λ-λ0，Ni-1=(λ/ni(λ))′|λ=λ0,]]>這里符號’表示對λ求一階導數(shù)，由此可得L1和L2光束中不同偏振分量的脈沖光束的振幅Ri(d，λ)和Si(d，λ)，分別為Ri(d,λ)=Ri(0,λ)exp(-αd/cosθB)exp(jξi)[-jξisin(υi2+ξi2)1/2(υi2+ξi2)1/2+cos(υi2+ξi2)1/2]]]>Si(d,λ)=-jRi(0,λ)exp(-αd/cosθB)exp(jξi)sin(υi2+ξi2)1/2(1+ξi2/υi2)1/2]]>(2)其中υi＝κi(eri·esi)d/cosθB (3)Ro(0，λ)＝u0(λ)sin，Re(0，λ)＝u0(λ)cos。不考慮光柵介質的吸收時，σ(λ)＝0，σ1＝0，κi(λ)＝πn1i(eri·esi)/λ。
由線性電光效應產(chǎn)生的空間電荷場Esc及光柵矢量均平行于晶體的光軸，且都沿x方向。對于光柵中的垂直偏振的光束分量，光柵折射率調制度的大小為n1o=-no3(λ0)γ13Esc/2,n0]]>為相應于中心波長λ0的晶體的o光折射率。而對于平行偏振的光束分量，光柵折射率調制度的大小為n1e=-[-γ13no4(λ0)sin2θB+γ33ne4(λ0,0)cos2θB]Esc/2ne(λ0,θB),]]>其中γ13和γ33為LiNbO3晶體的電光系數(shù)，且ne(λ0,θB)=no(λ0)ne(λ0,0)/no2(λ0)cos2θB+ne2(λ0,0)sin2θB.]]>L1和L2輸出脈沖激光光束各偏振分量的強度分布可由(2)式得到IRi(d，λ)＝|Ri(d，λ)|2ISi(d，λ)＝|Si(d，λ)|2(4)進一步對方程(2)作時間域的Fourier變換，即可得L1和L2輸出脈沖激光光束各偏振分量的振幅在時間域的分布ri(d，t)和si(d，t)，其強度分布為Iri(d，t)＝|ri(d，t)|2Isi(d，t)＝|si(d，t)|2(5)輸出的L1和L2的脈沖激光光束的強度即為偏振狀態(tài)垂直于入射面和平行于入射面的光束分量的能量之和，即IR(d，λ)＝|Ro(d，λ)+Re(d，λ)|2IS(d，λ)＝|So(d，λ)+Se(d，λ)|2(6)L1和L2光束分別通過第二偏振器4和第三偏振片5后，如果第二偏振器4和第三偏振器5的透光軸方向垂直于入射面，出射脈沖激光光束L3和L4的偏振矢量即垂直于入射面；如果第二偏振器4和第三偏振器5的透光軸方向平行于入射面且垂直于各自的光束傳播方向，出射脈沖激光光束L3和L4的偏振矢量即平行于入射面。
脈沖的光譜寬度表示脈沖的強度降低為其最最大值的一半時所對應的光譜寬度。當入射脈沖激光光束的偏振角改變時，出射的脈沖激光光束L3和L4的光譜寬度及強度分布也發(fā)生相應的變化。當入射到體全息光柵的脈沖激光光束的偏振矢量平行于入射面，偏振角＝0時，光柵中只有e光束分量，此時對有不同入射光譜寬度Δλinp的入射脈沖L0，衍射光脈沖L2的光譜寬度的最大值即為光柵的波長選擇范圍ΔλGe；同樣，當入射到體全息光柵的脈沖激光光束的偏振矢量垂直于入射面時，偏振角＝π/2，衍射光脈沖L2的光譜寬度的最大值即為光柵的波長選擇范圍ΔλGo。不考慮光柵記錄介質的吸收時，ΔλGo和ΔλGe由下式給出ΔλGi=4ξi‾cosθBΛ2N1πd]]>(i＝o或者e)。 (7)其中 為對于這兩種偏振狀態(tài)的入射脈沖激光光束，光柵的衍射效率降低為其最大值的一半時所對應的ζi的平均值。
所以入射脈沖激光光束的偏振角從＝0逐漸改變至＝π/2時，脈沖激光光束L2的強度的最大光譜帶寬將在ΔλGe和ΔλGo之間變化。因此，偏振調制的脈沖激光光束L2整形的光譜寬度變化范圍為Δλrang＝|ΔλGo-ΔλGe| (8)L2脈沖激光光束中垂直于xz面的光束分量的光譜寬度變化范圍為ΔλGo，而其平行于xz面的光束分量的光譜寬度變化范圍為ΔλGe。對于待整形的入射脈沖激光光束，ΔλGo，ΔλGe和Δλrang都可以通過選擇體全息光柵的光柵參量而控制，即可以選擇相應的光柵參量，滿足偏振態(tài)調制的輸出脈沖激光光束光譜寬度變化范圍的需要，實現(xiàn)對入射的脈沖激光光束進行整形的目的。
與在先技術相比，本發(fā)明的技術效果或優(yōu)點如下(1)利用偏振調制，操作簡便不同于在先技術，本發(fā)明裝置通過調制被整形的脈沖激光光束的偏振狀態(tài)，利用晶體的光學各向異性及體全息光柵的Bragg波長選擇特性，而達到了控制輸出脈沖的波形及帶寬，實現(xiàn)了對其進行整形的目的。
(2)偏振調制的范圍可調與在先技術相比，由于本裝置的晶體1使用有光學各向異性的LiNO3晶體1，利用LiNO3晶體的光折變效應，在其內較容易記錄和擦除體全息光柵，且也可以記錄多個體全息光柵，因此本裝置晶體1中的體全息光柵的光柵參量容易改變，從而偏振調制的輸出脈沖激光光束的光譜寬度或脈沖寬度的范圍可以通過改變體全息光柵的光柵參量而控制。
(3)整形后輸出脈沖的衍射效率較高與在先技術中使用的模板相比，利用體全息光柵作為光束振幅和相位調制的元件，由體全息光柵較高的衍射效率輸出特性可知，本裝置整形輸出的脈沖激光光束有的光強度較高。
(4)輸出的光束有多種選擇對于待整形的輸入脈沖激光光束L0，從晶體1中輸出的脈沖激光光束L1和L2分別經(jīng)過第二偏振器4和和第三偏振器5后，形成輸出脈沖激光光束L3和L4，L1和L2，L3和L4的強度分布及波形都隨入射脈沖激光光束L0的偏振角大小的改變而發(fā)生變化，可根據(jù)實際需要有多種選擇。
(5)易于實現(xiàn)多功能化及器件的小型化和集成化本裝置所使用的LiNbO3晶體1具有良好的壓電、光彈、聲光、電光、熱光等效應，且在晶體中利用光折變效應可以記錄多個體全息光柵，因此可以在晶體內實現(xiàn)多種功能，利于實現(xiàn)多種功能器件組合的微小化光學集成系統(tǒng)，特別適應于光通訊器件小型化和集成化發(fā)展的需要。
利用本發(fā)明對待整形的脈沖激光光束整形的設計步驟如下1選定待整形的脈沖激光光束本裝置可以對任意波形的脈沖激光光束L0進行整形。當輸入脈沖L0的脈沖寬度較小，光譜寬度較大時，本裝置對其整形的可調范圍較大。選定待整形的脈沖激光光束，確定其中心波長、脈沖寬度及光譜寬度。
以高斯脈沖為例，其時間域的振幅分布為u0(t)=exp(iω0t-t2T2)···(9)]]>其中t表示時間，ω0＝2πc/λ0為中心頻率，T=Δτ/2ln2,]]>Δτ為脈沖強度在時間域的脈沖寬度。其頻譜域的振幅分布可由對(9)式作傅里葉變換得到u0(λ)=πTexp{-[πTc(1λ-1λ0)]2}.···(10)]]>該脈沖的光譜寬度為Δλinp＝0.441λ02/cΔτ。如果取中心波長λ0＝1.06μm，Δτ＝30fs，則可得Δλinp＝55nm。
2根據(jù)整形范圍的要求，選取具有相應光柵參量的體全息光柵對于具體步驟(1)中選定的待整形的脈沖激光光束，再根據(jù)實際需要，確定需要整形輸出的光束的光譜寬度及脈沖寬度變化的范圍，從而確定需要選取的晶體1中所記錄的體全息光柵的光柵參量。
例如對于步驟1中所述的高斯型超短脈沖激光光束，選定晶體1為雙摻雜的高溫氧化處理的同組分LiNbO3:Fe:Mn或者LiNbO3:Ce:Cu單晶。所記錄的光柵的厚度d＝1mm，空間電荷場Esc＝5.0×106v/m時，圖2給出了由(7)式計算得到的偏振調制的L2衍射脈沖激光光束中不同偏振分量的光束光譜寬度變化的范圍ΔλGo和ΔλGe隨光柵周期變化的情況。由圖2可以看出，選擇較大的光柵周期，可得到較大的的ΔλGo和ΔλGe，從而Δλrang也相應的變大。由(7)式可得，與ΔλGo＝33.87nm，ΔλGe＝25.52nm，Δλrang＝8.35nm相應的光柵厚度可取d＝1mm，光柵周期取Λ＝3μm，此時L0脈沖激光光束在晶體中的光柵布喇格入射角為θB＝4.54°，入射至晶體的入射角為θ＝2.65°。
3實現(xiàn)光束的整形①根據(jù)具體實施方式
(2)中所述的方式，選取了具有相應光柵參量的體全息后，對于待整形的入射脈沖激光光束L0，根據(jù)光柵的布喇格角確定其入射至晶體1的入射角。
②根據(jù)L0入射脈沖激光光束的偏振狀態(tài)，調整圖1中置于晶體1前L0光路上的第一偏振器3。如果L0為線偏振光，使第一偏振器3的透光軸方向與L0的偏振矢量的方向一致；如果L0為非線偏振光，調整第一偏振器3，使從第一偏振器3出射的脈沖激光光束為線偏振光且其強度最大。
③調整置于晶體1前、第一偏振器3后L0入射脈沖激光光路上的寬帶偏振旋轉器2，使經(jīng)過寬帶偏振旋轉器2后入射至晶體1的脈沖激光光束的偏振矢量與入射面xz面的夾角在0至π/2之間改變。并觀察從晶體1后輸出的脈沖激光光束L1和L2，它們在頻譜域及時間域上的分布將發(fā)生相應的變化。
④調整第二偏振器4和第三偏振器5。第二偏振器4取出L1光束中偏振方向垂直或平行于入射面的脈沖激光光束，第三偏振器5可以取出L2光束中偏振方向垂直或平行于入射面的脈沖激光光束。如果光束整形后，需要使用偏振方向垂直于入射面的光束，則調整第二偏振器4和第三偏振器5，使其透光軸方向垂直于入射面放置。如果光束整形后，需要得到偏振方向平行于入射面的光束，分別調整第二偏振器4和第三偏振器5，使其透光軸方向平行于入射面xz面，且垂直于L1和L2光束的傳播方向。
⑤根據(jù)輸出的L1，L2，L3，L4脈沖激光光束的光譜寬度及波形的變化，調整寬帶偏振旋轉器2，選出所需的脈沖激光光束。對于上述高斯型輸入脈沖激光光束，圖3和圖4給出了輸出的L1脈沖激光光束中偏振方向垂直于入射面的光束分量在頻譜域(圖3)和時間域(圖4)的分布，其波形與入射的高斯脈沖在時間域的分布一致；圖5和圖6給出了偏振方向平行于入射面的光束分量在頻譜域(圖5)和時間域(圖6)的分布，其波形與輸入的脈沖激光光束在時間域的分布相比，多出了一個旁瓣。對于輸出的L2脈沖激光光束，圖7和圖8給出了偏振方向垂直于入射面的光束分量在頻譜域(圖7)和時間域(圖8)的分布，其波形與輸入的脈沖激光光束在時間域的分布相比，更趨于平頂化；圖9和圖10給出了偏振方向平行于入射面的光束分量在頻譜域(圖9)和時間域(圖10)的分布，相比于輸入的脈沖激光光束在時間域的分布，其波形已經(jīng)分化為兩個脈沖。
由圖3-10可以看出，通過本發(fā)明裝置，入射的高斯脈沖L0被整形為不同波形及帶寬的激光脈沖光束。我們可以根據(jù)實際需要的脈沖激光光束在頻譜域或時間域上強度分布及波形的不同，通過調整入射至本裝置的脈沖激光光束的偏振狀態(tài)即可得到所需的脈沖激光光束。
對于其它非高斯型的脈沖，也可采用上述類似的方法對其進行整形。
通過以上分析和試用表明，對于輸入的脈沖激光光束的整形，只需通過簡單地旋轉調節(jié)寬帶偏振旋轉器、第二偏振器和第三偏振器即可實現(xiàn)，調制范圍可以通過選擇光柵參量而改變，整形出來的光束選擇性大，整形的范圍可調，特別適應于光通訊器件的小型化和集成化發(fā)展的需要。本發(fā)明裝置能動態(tài)地、多功能地對超短脈沖激光光束進行整形，具有結構簡單，使用方便的特點。
權利要求
1.一種超短脈沖激光光束體全息光柵整形裝置，其特征在于包括一記錄了體全息光柵的晶體(1)，該體全息光柵的光柵矢量(K)與晶體(1)的光軸方向一致，該晶體(1)前在待整形的脈沖激光光束(L0)的入射方向有一寬帶偏振旋轉器(2)，在該晶體(1)透射光束(L1)方向置有第二偏振器(4)，在該晶體(1)的衍射光束(L2)方向置有第三偏振器(5)。
2.根據(jù)權利要求1所述的超短脈沖激光光束體全息光柵整形裝置，其特征在于所述的晶體(1)是光學各向異性的雙摻雜的LiNbO3晶體，即LiNbO3:Fe:Mn或者LiNbO3:Ce:Cu單晶。
3.根據(jù)權利要求1所述的超短脈沖激光光束體全息光柵整形裝置，其特征是在待整形的脈沖激光光束(L0)的入射方向所述的寬帶偏振旋轉器(2)之前還有一第一偏振器(3)。
全文摘要
一種超短脈沖激光光束體全息光柵整形裝置，包括一記錄了體全息光柵的晶體，該體全息光柵的光柵矢量與晶體的光軸方向一致，該晶體前在待整形的脈沖激光光束的入射方向有一寬帶偏振旋轉器，在該晶體透射光束方向置有第二偏振器，在該晶體的衍射光束方向置有第三偏振器。與先前技術相比，本發(fā)明對于輸入的脈沖激光光束的整形，通過調制其偏振狀態(tài)就可實現(xiàn)，調制范圍可以通過選擇光柵參量而改變，整形出來的光束選擇性大，整形的范圍可調。
文檔編號G02F1/01GK1808215SQ20061002409
公開日2006年7月26日 申請日期2006年2月23日 優(yōu)先權日2006年2月23日
發(fā)明者王春花, 劉立人, 閆愛民, 周煜, 劉德安, 王吉明 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所