專利名稱：用于啁啾脈沖放大的自準(zhǔn)直平面調(diào)制光譜調(diào)制整形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于激光脈沖放大(CPA)系統(tǒng)的光譜調(diào)制整形裝置，特別涉及一種用于大能量高功率激光啁啾脈沖放大系統(tǒng)的自準(zhǔn)直平面調(diào)制光譜調(diào)制整形裝置，屬于工程光學(xué)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
在超短超強高功率激光技術(shù)中，許多因素限制了激光系統(tǒng)輸出功率的進一步提高，其中固體激光介質(zhì)的增益窄化和增益飽和效應(yīng)是一個較為棘手的問題。增益窄化效應(yīng)是由于放大介質(zhì)原子發(fā)射線有限寬，由于頻率牽引效應(yīng)，從而使輸出脈沖的頻譜變窄，這不但會導(dǎo)致脈沖波形的畸變，而且還會使脈沖很難壓回到原來的寬度。而增益飽和效應(yīng)是導(dǎo)致啁啾脈沖產(chǎn)生畸變的另一個重要原因，它是由于脈沖前沿消耗了放大介質(zhì)的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)，導(dǎo)致放大脈沖前沿的光強放大倍數(shù)大于后沿的光強放大倍數(shù)，從而使放大脈沖的波形前后沿不對稱，因此使放大脈沖得不到有效的放大，并使脈沖的頻譜產(chǎn)生紅移，引起脈沖畸變。在實際工作中，為了補償CPA過程中產(chǎn)生的增益窄化和增益飽和效應(yīng)以及提高高功率激光輸出脈沖信噪比(SNR)參數(shù)，需要利用光譜整形裝置使放大前的脈沖光譜分布的中心波長附近出現(xiàn)一定形狀和大小的凹陷。在慣性約束核聚變(ICF)研究中，其物理實驗對高功率激光輸出的脈沖參數(shù)要求非?？量?，而且在神光II千焦拍瓦高功率放大系統(tǒng)設(shè)計中，人們更加關(guān)心調(diào)制其相應(yīng)的脈沖時空特性和光譜特性，其中對啁啾脈沖進行光譜調(diào)制和光譜整形，目的主要是盡量消除CPA過程中增益窄化效益和增益飽和效應(yīng)的影響，同時力圖提高高功率激光光束輸出的SNR參數(shù)。如文獻[楚曉亮，張彬，蔡邦維等，“啁啾脈沖多程放大及其逆問題的研究”，《物理學(xué)報》，54(10)，2005，10，4696-4701]；[張彬，呂百達，“多級和多程脈沖激光放大器的逆問題”，《中國激光》，1997，24(6)，495-500]；[王韜，范滇元，“高功率激光放大器脈沖的整形設(shè)計”，《強激光與粒子數(shù)》，1999，11(2)，139-142]；[黃小軍，魏曉峰，彭翰生等，“百太瓦級超短脈沖激光裝置研制”，2004’四川光電子學(xué)會議。] 同樣由上述文獻還可知國際通用方法中使用的光譜整形裝置主要存在以下缺點1、在再生放大器中加入可調(diào)諧空氣隙標(biāo)準(zhǔn)具來調(diào)整光譜的裝置，但這種調(diào)整較復(fù)雜，而且在神光II千焦拍瓦高功率放大系統(tǒng)中用光參量啁啾脈沖放大技術(shù)(OPCPA)替代了再生放大器，因而不適用。2、使信號光源中心波長藍移，即相對于增益介質(zhì)中心波長藍移，并且使長波長方向有較長的脈沖沿，直接調(diào)整光譜的裝置。但是這種裝置對超過太瓦級(1012)的系統(tǒng)不實用。3、長波長注入法，使增益窄化效益來補償飽和效應(yīng)的影響的裝置，但這種裝置又影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4、采用可編程聲光色散濾波器(AOPDF)的裝置，雖然能提供較大的增益補償能力和較大的色散補償范圍。如中國工程物理研究院在國內(nèi)首次引進AOPDF，并成功用于星光百太瓦裝置。但是這種裝置的AOPDF的色分辨率僅能用于鈦寶石這樣的寬帶啁啾脈沖系統(tǒng)，對于釹玻璃系統(tǒng)不適用。
同時注意到在大能量高功率條件下，透射介質(zhì)如濾光片和雙折射晶體，或有機選擇元件如鉸鏈型有機聚合物調(diào)制均不適用，如文獻所述[朱鵬飛，楊鏡新，薛紹林，李美榮，林尊琪，“超短脈沖的光譜整形”，中國激光，30(12)，2003，10751078]；[冷雨欣；林禮煌；徐至展，“摻鈦藍寶石再生放大器的光譜整形”，光學(xué)學(xué)報，22(2)，2002’170174]；以及專利號ZL200410025678.1和專利號ZL200410024684.5的專利。
目前用于光譜整形的透射方法的裝置有1.利用干涉濾光片選擇透射的裝置。但是這種裝置存在原理和工程技術(shù)上的困難，原理上易造成相位副作用，工程上由于目前的鍍膜工藝水平限制，濾波帶設(shè)計在十幾個納米時，就無法有效控制透射率曲線的帶寬和中心凹陷的程度。而且光譜調(diào)制對入射角精度要求高，且缺乏靈活性。2.利用雙折射率晶體組合鏡中尋常光和非常光干涉產(chǎn)生選擇透射的裝置。但是這種裝置存在原理和工程上的困難，一是透射式元件，會對通過它的激光產(chǎn)生副作用，例如引起法布里-伯羅效應(yīng)、相位畸變等；二是雙折射晶體的厚度取決于待整形激光光束的光譜寬度，激光的光譜越窄，要求晶體的厚度越厚。例如對13nm的超短脈沖整形，要求雙折射晶體的厚度為25毫米，而雙折射晶體不可能做的很大。3.采用鉸鏈型有機聚合物波導(dǎo)或經(jīng)電暈極化具有光電效應(yīng)的有機聚合物波導(dǎo)實現(xiàn)選擇反射的裝置，但是這種裝置對于大能量高功率激光系統(tǒng)不適用。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的正是針對上述所述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，提出一種用于大能量高功率激光啁啾脈沖放大(CPA)系統(tǒng)的平面光譜調(diào)制整形裝置，該裝置包括改進的切爾尼-特納光譜儀器系統(tǒng)(Czerny-Turner Spectrum Instrument，簡稱CTSI系統(tǒng))，即該裝置包括CTSI光譜分解系統(tǒng)與CTSI光譜合成系統(tǒng)，包括光闌和平面光譜調(diào)制反射鏡構(gòu)成的光譜調(diào)制系統(tǒng)，利用CTSI光譜分解系統(tǒng)先將啁啾脈沖完全真實展開到光譜面，再利用光譜調(diào)制系統(tǒng)在像平面上進行光譜調(diào)制，然后利用CTSI光譜合成系統(tǒng)將調(diào)制后的光譜無畸變的還原為調(diào)制后的啁啾脈沖，達到光譜調(diào)制整形目的。本實用新型克服了常規(guī)光譜調(diào)制整形裝置要么是對超過太瓦級的系統(tǒng)不適用、要么是對釹玻璃系統(tǒng)等窄帶系統(tǒng)不適用的問題；本實用新型可對一般激光光束實現(xiàn)光譜調(diào)制和光譜整形，尤其適用于幾個納米帶寬的大能量高功率CPA系統(tǒng)。本裝置中各系統(tǒng)采用自準(zhǔn)直對稱排布尺寸較小的凹面反射鏡，故具有結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間少，穩(wěn)定性強等特點；可以插入到放大器鏈路的任何地方；色散分辨本領(lǐng)可以達一埃，幅度調(diào)制在保證相位不變的條件下超過60％，可應(yīng)用在PW裝置上。
為實現(xiàn)本實用新型的目的，本實用新型采用由以下措施構(gòu)成的技術(shù)方案來實現(xiàn)的 本實用新型用于啁啾脈沖放大的自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制整形裝置，其特征在于，按照設(shè)計光路順序描述包括第一分光棱鏡，第二分光棱鏡，和1/4波片；包括由第一凹面反射鏡，第一光闌和第二凹面反射鏡構(gòu)成照明系統(tǒng)；進一步包括由第一光闌，第二凹面反射鏡，光柵，第三凹面反射鏡及第二光闌構(gòu)成自準(zhǔn)直平面調(diào)制CTSI光譜分解系統(tǒng)；由第二光闌與其上的平面光譜調(diào)制反射鏡構(gòu)成的光譜調(diào)制系統(tǒng)；由中心對稱凹面反射鏡，第二光闌及其上的平面光譜調(diào)制反射鏡，第三凹面反射鏡，光柵，第二凹面反射鏡及第一光闌構(gòu)成自準(zhǔn)直平面調(diào)制CTSI光譜合成系統(tǒng)；來自CPA前端的激光光束由第一分光棱鏡起偏，再通過1/4波片及第一凹面反射鏡，經(jīng)第一凹面反射鏡變?yōu)槠叫泄馐?，通過上述光譜分解系統(tǒng)，光譜調(diào)制系統(tǒng)及光譜合成系統(tǒng)完成光譜分解、調(diào)制及合成的啁啾脈沖再通過1/4波片，偏振旋轉(zhuǎn)90度，在第一分光棱鏡處全反射到第二分光棱鏡起偏，然后輸入到后級固體放大介質(zhì)中放大。
上述技術(shù)方案中，所述光柵采用可逆反射式定向平面閃耀光柵。
上述技術(shù)方案中，所述凹面反射鏡均要求在整個工作波段內(nèi)嚴(yán)格消除色差、球差，彗差，像散和場曲，使譜像面對于平面光譜調(diào)制反射鏡表面的最大偏離小于按瑞利準(zhǔn)則導(dǎo)出的半焦深容限。
上述技術(shù)方案中，所述中心對稱凹面反射鏡與第三凹面反射鏡相對光譜調(diào)制反射鏡成對稱，由中心對稱凹面反射鏡反射原路返回構(gòu)成自準(zhǔn)直光路系統(tǒng)。
上述技術(shù)方案中，所述第一光闌為實共焦望遠鏡像傳遞照明系統(tǒng)的光闌；所述照明系統(tǒng)在保證正常寬度要求的相干同相入射的條件下，不改變來自CPA前端的激光束的時間和空間分布，與色散系統(tǒng)和成像系統(tǒng)的相對孔徑匹配，且保證通光口徑能充滿色散系統(tǒng)的口徑；所述第一光闌采用孔徑光闌，第二光闌為檔光板與其在平面光譜調(diào)制反射鏡中的像構(gòu)成的狹縫光闌。所有光闌均應(yīng)滿足孔徑的正常寬度a0條件，或滿足CTSI光譜分解系統(tǒng)和CTSI光譜合成系統(tǒng)能達到的衍射半寬度a0條件，同時第二光闌與第一光闌應(yīng)通過激光啁啾脈沖帶寬內(nèi)所有頻譜的光。
上述技術(shù)方案中，所述光學(xué)元件全部選用相對色散元件成對稱型的成像系統(tǒng)，或者相對色散元件成不對稱補償像差的成像系統(tǒng)。
上述技術(shù)方案中，所述平面光譜調(diào)制反射鏡采用多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡；或微鏡結(jié)構(gòu)反射鏡；或液晶光閥；或前加變柵距光柵的反射鏡；或前加液晶空間光調(diào)制器的反射鏡；或微機電薄膜反射鏡MIMS；或連續(xù)變形反射鏡；或Bimorph變形鏡；或棱鏡/波導(dǎo)耦合反射鏡；或變柵距光柵反射鏡。
上述技術(shù)方案中，所述第一分光棱鏡與第二分光棱鏡位置相互垂直。
上述技術(shù)方案中，所述CTSI光譜分解系統(tǒng)和CTSI光譜合成系統(tǒng)中的凹面反射鏡相對色散元件呈反射式水平成像光譜系統(tǒng)，或呈反射式垂直成像光譜系統(tǒng)。
上述技術(shù)方案中，所述CTSI光譜分解系統(tǒng)與CTSI光譜合成系統(tǒng)相對平面光譜調(diào)制反射鏡呈反射式水平成像光譜調(diào)制系統(tǒng)，或呈反射式垂直成像光譜調(diào)制系統(tǒng)。
本實用新型用于啁啾脈沖放大的自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制整形裝置其基本思想是針對激光光譜，利用自準(zhǔn)直平面調(diào)制CTSI光譜分解系統(tǒng)將激光啁啾脈沖完全真實展開到光譜面，再利用自準(zhǔn)直平面調(diào)制光譜調(diào)制系統(tǒng)在像平面上進行光譜調(diào)制，然后利用自準(zhǔn)直平面調(diào)制CTSI光譜合成系統(tǒng)將調(diào)制后的光譜無畸變的還原為調(diào)制后的啁啾脈沖，達到光譜調(diào)制整形目的。利用改進了的切爾尼-特納光譜儀器系統(tǒng)，本實用新型的實施例采用多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的光譜調(diào)制反射鏡，來實現(xiàn)對CPA系統(tǒng)中啁啾脈沖的光譜調(diào)制和光譜整形；又由于利用改進了的切爾尼-特納光譜分解系統(tǒng)及合成系統(tǒng)，使光譜調(diào)制具有調(diào)整靈活性。還選擇可在大口徑大能量條件下工作的可逆反射式定向平面閃耀光柵。選擇合理的排布結(jié)構(gòu)參數(shù)，準(zhǔn)直系統(tǒng)和成像系統(tǒng)的物鏡均選擇凹面反射鏡，并且都要嚴(yán)格校正球差和慧差，使譜像面對于光譜調(diào)制鏡表面的最大偏離小于按瑞利(Rayliegh)準(zhǔn)則導(dǎo)出的半焦深容限，從裝置的型式上即對應(yīng)色散元件和二個作為物鏡的凹面反射鏡的相對位置的設(shè)置來減小像散。多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)光譜調(diào)制反射鏡可以做到在中心光譜附近實現(xiàn)一定形狀和大小的幅度凹陷而相位保持不變(見專利申請?zhí)?00710049516.5和200720080292.X的專利申請)。
本實用新型用于啁啾脈沖放大的自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制整形裝置中，光學(xué)元件全部選用反射元件，其理由是一是本裝置工作在大能量高功率激光啁啾脈沖條件下，只有反射元件才適合；二是反射元件沒有色差的問題，不會引起附加光譜調(diào)制，用在光柵式光譜調(diào)制整形裝置中便于獲得平直的光譜面；三是更換不同的反射膜可以工作在幾乎所有的激光波段范圍，尤其對紅外，近紅外激光非常重要，因為在遠紅外區(qū)和遠紫外區(qū)沒有合適的光學(xué)材料可制造透鏡。裝置中色散元件全部選用相對色散元件成對稱成像系統(tǒng)，其理由是一是這樣的系統(tǒng)可以將彗差減小為零，二是在色散元件成對稱系統(tǒng)中容易補償色散為零。本實用新型由于是激光光譜分解和合成，為提高集光本領(lǐng)，本裝置中光闌采用像傳遞望遠鏡系統(tǒng)小孔代替一般系統(tǒng)的狹縫。
在實際工作中，為了補償CPA過程中產(chǎn)生的增益窄化和增益飽和效應(yīng)以及提高輸出脈沖信噪比(SNR)參數(shù)，需要利用光譜整形裝置使放大前的脈沖光譜分布中心波長附近出現(xiàn)一定形狀和大小的凹陷。采用多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)光譜調(diào)制反射鏡，通過選擇不同的膜系結(jié)構(gòu)參數(shù)可得到不同的多層介質(zhì)反射鏡的反射率曲線和相應(yīng)的光譜整形效果。從而可補償CPA過程中產(chǎn)生的增益窄化和增益飽和效應(yīng)。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益的效果和優(yōu)點 1.本實用新型裝置利用改進的CTSI系統(tǒng)，同時采用多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)光譜調(diào)制反射鏡，將激光啁啾脈沖分解、調(diào)制、再合成的方法，解決了長期懸而未決的國際通用裝置要么是對超過太瓦的系統(tǒng)不實用、要么是對于釹玻璃系統(tǒng)等窄帶系統(tǒng)不適用的問題。
2.本實用新型裝置采用了可在大口徑大能量條件下工作的可逆反射式定向平面閃耀光柵色散系統(tǒng)，解決了AOPDF的色分辨率僅能用于鈦寶石這樣的寬帶啁啾脈沖系統(tǒng)，對于釹玻璃系統(tǒng)不適用的問題。
3.本實用新型裝置采用改進的CTSI系統(tǒng)，同時采用多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)光譜調(diào)制反射鏡，用于激光啁啾脈沖放大光譜分解、整形調(diào)制和光譜合成，解決了大能量高功率啁啾脈沖放大鏈路譜整形要求的裝置設(shè)計問題；由于裝置中光路呈自準(zhǔn)直系統(tǒng)，譜面中央的彗差和象散都可以減小到忽略不計的程度、邊緣的象差也可減少到理想的程度；由于使用凹面反射鏡作為準(zhǔn)直物鏡和攝譜物鏡，不產(chǎn)生色差，譜面平直。
4.本實用新型的光譜整形調(diào)制裝置通用性強，不僅適用于釹玻璃系統(tǒng)，也適用于鈦寶石系統(tǒng)；如果使光柵繞通過光柵刻劃面的垂軸轉(zhuǎn)動，就可很方便地改變調(diào)制光譜范圍，同時可以作攝譜儀器，無需附加調(diào)焦，使用很方便。
5.本實用新型采用可逆反射式定向平面閃耀光柵，采用中心對稱凹面反射鏡反射原路返回構(gòu)成自準(zhǔn)直光路系統(tǒng)，使裝置光學(xué)元件減少，結(jié)構(gòu)簡單，易調(diào)試。
6.本實用新型裝置的CTSI系統(tǒng)中所用的凹面反射鏡尺寸較小，容易加工，具有裝置結(jié)構(gòu)較緊湊，占用空間少，制造價格較便宜等特點；解決了國際通用方法中要么要求復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、要么要求比較昂貴的先進設(shè)備的問題。
7.本實用新型裝置采用多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)平面光譜調(diào)制反射鏡采用平面設(shè)計，容易加工，避免了納米加工工藝的困難。
8.本實用新型裝置中采用多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)光譜調(diào)制反射鏡，同時采用了可在大口徑大能量條件下工作的可逆反射式定向平面閃耀光柵，解決了大口徑光束反射光強的調(diào)制問題，且可以使其工作在高功率條件下，因此該裝置可以插入到放大器鏈路的任何地方。
9.本實用新型裝置采用多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)平面光譜調(diào)制反射鏡，解決了啁啾脈沖放大中要求反射光相位一致的問題，且相對幅度調(diào)制在保證相位不變的條件下超過60％。
10.本實用新型裝置不僅可以應(yīng)用于ICF激光驅(qū)動器追求研制高功率固體激光器的譜調(diào)整，而且可對一般激光脈沖實現(xiàn)光譜調(diào)制和光譜整形，尤其適用于幾個納米帶寬的大口徑大能量高功率CPA系統(tǒng)。
11.本實用新型采用實共焦望遠鏡系統(tǒng)的像傳遞系統(tǒng)來照明，具有在保證正常寬度要求的相干同相入射的前提下，不改變輸入種子激光光束的時間和空間分布，聚光本領(lǐng)大，與色散系統(tǒng)和成像系統(tǒng)的相對孔徑相匹配，且保證通光口徑能充滿色散系統(tǒng)的口徑等特點。

圖1本實用新型自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI系統(tǒng)光譜調(diào)制整形裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2本實用新型圖1裝置實施例1水平空間排布水平調(diào)制正面圖； 圖3本實用新型圖1裝置垂直空間排布結(jié)構(gòu)側(cè)面圖； 圖4本實用新型圖1裝置實施例2垂直空間排布垂直調(diào)制正面圖； 圖5本實用新型圖1裝置實施例3水平空間排布垂直調(diào)制正面圖； 圖6本實用新型圖1裝置實施例4垂直空間排布水平調(diào)制正面圖； 圖7本實用新型圖1裝置實施例5垂直空間排布水平調(diào)制正面圖； 圖8本實用新型圖1裝置實施例6垂直空間排布垂直調(diào)制正面圖； 圖9本實用新型經(jīng)平面光譜調(diào)制反射鏡調(diào)制后的光譜特性分布曲線圖； 圖10本實用新型經(jīng)圖1裝置調(diào)制后目標(biāo)脈沖波形。
圖中0-CPA前端；1-第一凹面反射鏡；6-第一光闌；2-第二凹面反射鏡；3-光柵；4-第三凹面反射鏡；5-平面光譜調(diào)制反射鏡；10-第二光闌；4”-中心對稱凹面反射鏡；7-1/4波片；8-第一分光棱鏡；9-第二分光棱鏡；0’-后級固體放大介質(zhì)。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖、工作原理，并通過具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明，但它僅用于說明本實用新型的一些具體的實施方式，而不應(yīng)理解為對本實用新型保護范圍的限定。
以下對本實用新型的自準(zhǔn)直平面調(diào)制光譜調(diào)制整形裝置中各系統(tǒng)的基本原理進行描述 一、光譜分解系統(tǒng) 1、照明系統(tǒng) 照明系統(tǒng)是用來盡可能多的匯聚光源射出的光能量，并傳遞給準(zhǔn)直系統(tǒng)。針對來自CPA前端0的種子脈沖，本實用新型采用由第一凹面反射鏡1和第二凹面反射鏡2構(gòu)成的實共焦望遠鏡系統(tǒng)的像傳遞系統(tǒng)來照明，具有在保證正常寬度要求的相干同相入射的前提下，不改變輸入種子激光光束的時間和空間分布，聚光本領(lǐng)大，與色散系統(tǒng)和成像系統(tǒng)的相對孔徑相匹配，且保證通光口徑能充滿色散系統(tǒng)的口徑等的特點。
2、準(zhǔn)直系統(tǒng) 本實用新型中光柵作為光譜分光和光譜合成元件均工作在平行光束中，因此，需要凹面反射鏡變換。按照光路順序，從裝置的輸入孔徑光闌第一光闌6出射的光由第一凹面反射1鏡變換為平行光束后照射到光柵面3上，構(gòu)成準(zhǔn)直系統(tǒng)。一般的準(zhǔn)直系統(tǒng)是由入射狹縫和準(zhǔn)直物鏡組成，入射狹縫位于準(zhǔn)直物鏡的焦平面上。本實用新型由于采用激光照明，這里用像傳遞系統(tǒng)聚焦孔徑光闌代替了入射狹縫。對于準(zhǔn)直系統(tǒng)后面的系統(tǒng)而言，這一光闌的孔徑成為替代的實際的光源，限制著進入系統(tǒng)的光束。
3、色散系統(tǒng) 色散系統(tǒng)的作用是將入射的復(fù)合光分解為光譜。由于光譜棱鏡色散率太小，而且存在固有的譜面傾斜和畸變，故在啁啾脈沖放大(CPA)光譜整形系統(tǒng)中不選。多光束干涉如法布里-珀羅、陸木-蓋克平行板色散分辨率高，但由于不可閃耀，不能工作在大能量下，且光路不可逆，故不選。凹面光柵，光路簡單，但是由于制造困難，而且許可有效面積小，像質(zhì)差、像散大，同時線色散率不均勻，故不選。光譜濾光片由于是透射元件，不能工作在大能量條件下，而且有相位副作用，故不選。階梯光柵元件分辨率極高，但加工極其困難，而且自由光譜范圍非常狹小，故不選。因而本實用新型選擇了可在大口徑大能量條件下工作的反射式定向平面閃耀光柵。
(1)分解光譜光柵分解原理 根據(jù)光線在主截面內(nèi)入射和衍射可得相鄰兩光線干涉極大值的條件確定的光柵方程式 d1(sinα1+sinβ1)＝m1λ (1) 式中，α1為分解光譜光柵入射角；β1為分解光譜光柵衍射角；d1為分解光譜光柵刻痕間距，通常稱為光柵常數(shù)；m1為光譜級次，為整數(shù)；λ為波長，可改寫上式為 由式(2)明顯地看出，當(dāng)光柵的光柵常數(shù)d1及入射角α1一定時，除零級外，在確定的光譜級次m1中，波長λ愈長的光束衍射角愈大。這樣，不同波長的同一級主最大，自零級開始向左右兩側(cè)按波長次序由短波向長波散開。在實際的光柵衍射圖樣中，由于總的刻線數(shù)目很大，所以主最大對應(yīng)的角寬度很小，在光柵后面的成像物鏡焦面上就形成非常明銳的細亮線——譜線。
(2)合成光譜光柵合成原理 以幾何光學(xué)描述如下不同波長的同一級主最大是，自零級開始向左右兩側(cè)按波長次序由短波向長波按光譜分布散開的單色光，以各色衍射角β(λ)會聚入射到光柵上，光柵能將它按波長在空間進行光譜合成，這同樣是由于多縫衍射和干涉的結(jié)果。光柵產(chǎn)生的合成光強，其位置是由各色多級衍射圖樣中的主最大條件決定的。通常以反射式定向光柵作為光譜合成器件。對于合成光譜光柵，光線在主截面內(nèi)入射和衍射的光柵方程式同樣為 d2(sinα2+sinβ2)＝m2λ (3) 式中，α2為合成光譜光柵入射角；β2為合成光譜光柵衍射角；d2為合成光譜光柵刻痕間距，稱為光柵常數(shù)；m2為合成光譜光柵光譜級次，為整數(shù)。若不考慮能量損失，即假設(shè)全部衍射光以匯聚球面波參與合成時，由(2)式代入(3)式即α2(λ)＝β1(λ)方程式變?yōu)? 當(dāng)d2＝d1，且m2＝m1時，式(4)為 sinβ2＝sinα1 (5) 在主值范圍(0，π/2)，式(5)為 β2＝α1 (6) 由式(4)、式(5)和式(6)明顯地看出，當(dāng)一束匯聚的各單色光以各色衍射角入射到合成光譜光柵上，當(dāng)合成光譜光柵的光柵常數(shù)與分解光譜光柵的光柵常數(shù)相同時，即d2＝d1，且合成與分解光譜級次相對應(yīng)，即m2＝m1，且光柵工作在閃耀條件下，即主值范圍在(0，π/2)，能將光譜按波長在空間進行光譜合成，使各色光出射角β2(λ)等于光譜分解時的入射角α1，即各色光出射角為常數(shù)。這同樣是由于多縫衍射和干涉的結(jié)果。通常以光柵集中90％以上能量的第一級衍射光譜的單色光實現(xiàn)光譜合成，光柵產(chǎn)生的合成光強，其位置是由各色多級衍射圖樣中的主最大條件決定，有β2＝α1。因此本實用新型以可逆反射式定向平面閃耀光柵作為光譜合成器件。只要中心波長閃耀，附近的波長也能近似為閃耀輸出，只是衍射效率相對降低一點。因此，合成光柵與分解光柵一樣，選擇對中心波長閃耀的可逆反射式定向平面閃耀光柵。
對于合成光譜光柵的嚴(yán)格波動理論證明為譜面上光譜分布位置為(-f，ym)，譜面位于準(zhǔn)直物鏡的前焦面-f，譜面上光譜單色光垂直位置為ym，衍射光柵位于準(zhǔn)直物鏡的后焦面(f，0)。使中心波長位于光軸上，它的-1級干涉主極大與槽面衍射主極大重合，零級干涉主極大剛好落在槽面衍射的+1級零值極小上；使其它波長位于準(zhǔn)直物鏡光軸的兩側(cè)，它們的-1級干涉主極大與中心波長光譜的槽面衍射主極大重合；同時使光柵平面法線與物鏡光軸的夾角為衍射光柵槽形角t的一半，d取1μm左右，激光束在近場和遠場均能很好地疊加在一起；其輸出光束的半角寬度小，光強大，衍射效率高，更能有效地利用入射光能量。這樣的頻譜合成，可以達到近衍射極限的光束質(zhì)量，且衍射光柵槽形角t越小，光束半寬度越小。
4、成像系統(tǒng) 成像系統(tǒng)的作用是將空間上色散開的各波長的光束會聚在成像物鏡的焦平面上，形成一系列的按波長排列的頻譜的單色像。由于被研究的對象不同，其成像有三種情況線光譜、帶光譜或連續(xù)光譜。對啁啾脈沖的分解、調(diào)制和合成，光譜在啁啾范圍內(nèi)是連續(xù)光譜或是一級的帶狀光譜。
成像系統(tǒng)的另一個作用是矯正彗差和像散。成像系統(tǒng)中球差是無法用調(diào)整的辦法來消除的，必須在設(shè)計系統(tǒng)時，將光學(xué)元件校正到象差容限以內(nèi)。用凹面反射鏡作為準(zhǔn)直、成像物鏡時，為了校正球差可以采用拋物面凹面反射鏡。然而彗差則可以將準(zhǔn)直和成像兩個物鏡一起考慮，從裝置構(gòu)型的排布來加以校正，本實用新型采用色散元件和兩個作為物鏡的凹面反射鏡的相對位置來減小彗差。同樣，采用凹面反射鏡作為準(zhǔn)直物鏡和成像物鏡時，也無法從選擇物鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)上來減小像散，但可采用裝置的型式即色散元件和二個物鏡的相對位置的設(shè)置減小像散。
二、光譜調(diào)制系統(tǒng) 由光闌和平面光譜調(diào)制反射鏡5構(gòu)成光譜調(diào)制系統(tǒng)。由第三凹面反射鏡4成像于平面光譜調(diào)制反射鏡處，由于本裝置實施例中光譜調(diào)制反射鏡采用多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡，其寶塔型微浮雕結(jié)構(gòu)外側(cè)為高反射膜系，寶塔型微浮雕結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)為增透膜系結(jié)構(gòu)。其中，高反射膜系結(jié)構(gòu)是為了實現(xiàn)對啁啾脈沖經(jīng)光柵后的衍射光場進行光強調(diào)制，從而達到光譜調(diào)制整形目的，而增透膜系寶塔型結(jié)構(gòu)是為了增加光譜調(diào)制的靈活性而加入的。寶塔型結(jié)構(gòu)的不同臺階所對應(yīng)光譜調(diào)制反射鏡面上的橫向空間位置即為光譜調(diào)制反射鏡進行光強調(diào)制的空間位置。因平面光譜調(diào)制反射鏡可以做到在中心光譜附近實現(xiàn)幅度凹陷而相位保持不變，即可將其反射光強分布調(diào)制到所需光譜分布結(jié)構(gòu)。如圖9中給出了在中心波長附近處進行不同深度光譜調(diào)制的結(jié)果，圖9中，曲線1為輸入啁啾脈沖光譜分布；曲線2為光譜整形多層介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)反射鏡的反射調(diào)制曲線；曲線3為整形后脈沖光譜分布。
本裝置由于自準(zhǔn)直的特殊性，調(diào)制反射光由中心對稱凹面反射鏡反射，經(jīng)原路返回到第二光闌及其上的平面光譜調(diào)制反射鏡，有一個再次調(diào)制的過程。調(diào)制結(jié)果是，反射光強分布結(jié)構(gòu)不變，但是調(diào)制深度是兩次調(diào)制的結(jié)果。通過合理設(shè)計膜系結(jié)構(gòu)參數(shù)和有效控制加工精度，可使放大前的啁啾脈沖經(jīng)多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)反射鏡反射光譜調(diào)制整形后，其光譜分布在中心波長附近出現(xiàn)不同調(diào)制形狀和調(diào)制深度的凹陷，如圖10所示。
三、光譜合成系統(tǒng) 由前述合成光譜光柵合成原理可知，不同波長的同一級主最大是，自零級開始向左右兩側(cè)，按波長次序由短波向長波按光譜分布散開的單色光，以各色衍射角β(λ)會聚入射到光柵上，光柵能將它按波長在空間進行光譜合成。按光路順序描述調(diào)制反射光由中心對稱凹面反射鏡4″反射，經(jīng)原路返回到第二光闌10及其上的平面光譜調(diào)制反射鏡5再次調(diào)制，再返回到第三凹面反射鏡4，準(zhǔn)直到光柵3形成色散相減的結(jié)構(gòu)，光束平行入射到第二凹面反射鏡2聚焦到第一光闌6構(gòu)成CTSI光譜合成系統(tǒng)。
光譜合成系統(tǒng)，是以平面光譜調(diào)制反射鏡5以后的對稱成像系統(tǒng)和色散系統(tǒng)構(gòu)成，其特點是光譜合成系統(tǒng)與光譜分解系統(tǒng)成對稱成像；并與光譜分解系統(tǒng)一致成色散相減的系統(tǒng)；通常要求各色光線光程差為零，即附加剩余色散為零。本裝置設(shè)計的CTSI光譜合成系統(tǒng)與CTSI光譜分解系統(tǒng)由中心對稱凹面反射鏡4″反射呈自準(zhǔn)直系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
因此，設(shè)計CTSI光譜合成系統(tǒng)與CTSI光譜分解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完全相同、對稱，即所述CTSI光譜分解系統(tǒng)與CTSI光譜合成系統(tǒng)的準(zhǔn)直、成像系統(tǒng)的焦距相等，橫向放大率相等，或者CTSI光譜合成系統(tǒng)與CTSI光譜分解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完全對稱，并且以逆向正常光路方向從CTSI光譜合成系統(tǒng)追跡的系統(tǒng)與CTSI光譜分解系統(tǒng)的準(zhǔn)直、成像系統(tǒng)的焦距對應(yīng)相等，橫向放大率相等。在所有光闌及其像的寬度相等的條件下，可以使剩余色散相減為零。
四、光闌設(shè)計原理 根據(jù)使球差和彗差造成在焦平面上的彌散斑直徑2dr′，或是在色散方向的彌散寬度a′小于確定的數(shù)值為判據(jù)，并以判據(jù)值a0作為孔徑的正常寬度或衍射半寬度確定入射光闌大小。
2dr′或者a′≤a0 (8) 為了使通過CTSI光譜分解系統(tǒng)的光束全部順利地通過CTSI光譜合成系統(tǒng)，CTSI光譜分解系統(tǒng)的出瞳必須與CTSI光譜合成系統(tǒng)的入瞳相重合，也就是說，第一個色散元件中心發(fā)出的光束必須通過第二個色散元件的中心。
CTSI光譜分解系統(tǒng)和CTSI光譜合成系統(tǒng)的中間光闌與出射光闌不應(yīng)對光束有任何限制，即應(yīng)通過激光啁啾脈沖帶寬內(nèi)所有頻譜的光；色散相減的CTSI光譜分解系統(tǒng)和CTSI光譜合成系統(tǒng)，一般采用色散全消的形式，譜線的寬度決定于入射光闌與中間光闌的寬度，中間光闌的寬度與出射光闌的寬度要求分別滿足 a2≥γa1+b1 (9) a3≥γ2a1+b2(10) 式中a1，a2和a3分別為入射光闌的孔徑、中間光闌的孔徑和出射光闌的孔徑大??；b1，b2為入射光闌的孔徑a1在中間光闌和出射光闌的孔徑a2，a3上的像差寬度。
五、準(zhǔn)直成像系統(tǒng)的象差容限 在光學(xué)設(shè)計中應(yīng)對CTSI光譜合成系統(tǒng)與CTSI光譜分解系統(tǒng)單獨完成像差校正，使CTSI光譜合成系統(tǒng)與CTSI光譜分解系統(tǒng)的像差都在容限范圍以內(nèi)，才能保證系統(tǒng)總像差的要求。光學(xué)系統(tǒng)象差校正的要求可概括為1)在整個視場范圍內(nèi)使光譜面平直；2)在整個光譜面上譜線聚焦清晰，譜線輪廓對稱；3)沿譜線高度方向強度分布均勻。CTSI光譜合成系統(tǒng)與CTSI光譜分解系統(tǒng)的準(zhǔn)直系統(tǒng)是小相對孔徑、小視場系統(tǒng)；成像系統(tǒng)則是小相對孔徑、中等視場系統(tǒng)。
對象差校正的參數(shù)要求則可歸納為準(zhǔn)直系統(tǒng)和成像系統(tǒng)的物鏡都要嚴(yán)格校正球差和彗差。根據(jù)經(jīng)驗，一般都采用瑞利準(zhǔn)則作為象差容限。所謂瑞利(Rayliegh)準(zhǔn)則，就是由剩余球差、剩余彗差所產(chǎn)生的最大波象差應(yīng)當(dāng)小于λ/4。按照軸向象差和波象差的關(guān)系，可以得到凹面反射鏡的球差和彗差的容限如下 軸向球差 偏離正弦條件 式中，D為有效光闌孔徑，在CTSI光譜分解系統(tǒng)和CTSI光譜合成系統(tǒng)中就是色散元件的有效寬度；f′為物鏡的焦距；λ為選定的光線波長；l為邊緣主光線或邊緣譜線到光軸的距離。
在本實用新型裝置中都是采用凹面反射鏡作為準(zhǔn)直物鏡和成像物鏡，不能組合以校正球差。需要分別消除球差時，可采用非球面鏡。但是因為拋物面鏡的初級彗差比球面鏡的大，多數(shù)用球面鏡。如果裝置中只能采用球面鏡時，則只能控制相對孔徑來使球差的彌散圓直徑小于孔徑的正常寬度容限a0。而彗差則可以兩個物鏡一起考慮，本實用新型是通過改進的CTSI系統(tǒng)并通過控制相對孔徑可將彗差校正到趨近于零。
校直光譜面使譜面對于光譜調(diào)制反射鏡面的最大偏離小于按瑞利(Rayliegh)準(zhǔn)則導(dǎo)出的半焦深容限 式中，ΔF為焦深，通常準(zhǔn)直和成像系統(tǒng)的色差對譜面的彎曲起著決定性的作用。一般可使用準(zhǔn)直和成像系統(tǒng)物鏡的色差和子午場曲相互補償?shù)姆椒▉慝@得平直的譜面。但是本實用新型中，因為光柵的橫向放大率隨波長的變化不大，不能采用上述相互補償?shù)姆椒āＲ虼藘蓚€系統(tǒng)的物鏡都要嚴(yán)格消色差，為此本實用新型采用凹面反射鏡作為準(zhǔn)直和成像系統(tǒng)物鏡。
減小象散因為采用凹面反射鏡作為準(zhǔn)直物鏡和成像物鏡，同樣無法從物鏡的結(jié)構(gòu)參數(shù)上來減小象散。本實用新型通過控制相對孔徑并通過自準(zhǔn)直平面調(diào)制CTSI系統(tǒng)光譜調(diào)制整形裝置結(jié)構(gòu)減小象散。
六、系統(tǒng)裝置的構(gòu)型 CTSI光譜分解系統(tǒng)與CTSI光譜合成系統(tǒng)中色散元件、反射鏡、光闌和它的幾何像的中心均置于水平面內(nèi)，即反射式水平成像光譜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而色散元件、反射鏡、光闌和它的幾何像的中心均置于垂直平面內(nèi)，即反射式垂直成像光譜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。CTSI光譜分解系統(tǒng)與CTSI光譜合成系統(tǒng)相對光譜調(diào)制反射鏡呈水平對稱，定義為反射式水平成像光譜調(diào)制系統(tǒng)。CTSI光譜分解系統(tǒng)與CTSI光譜合成系統(tǒng)相對光譜調(diào)制反射鏡呈垂直對稱，定義為反射式垂直成像光譜調(diào)制系統(tǒng)。由于光譜調(diào)制反射鏡水平方向要產(chǎn)生寄生衍射，而垂直方向相當(dāng)于平面鏡反射，因此我們選擇反射式垂直成像光譜調(diào)制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。但是當(dāng)調(diào)制反射鏡調(diào)制臺階結(jié)構(gòu)的寬度是中心波長的十倍以上時，光譜調(diào)制反射鏡水平方向產(chǎn)生的寄生衍射小到觀察不到，此時反射式水平成像光譜調(diào)制系統(tǒng)可以使用。具體裝置的構(gòu)型由裝置安放的空間環(huán)境以及成像質(zhì)量要求來決定。
實施例1 本實施例中，光柵3采用可在大口徑大能量條件下工作的可逆反射式定向平面閃耀光柵；平面光譜調(diào)制反射鏡為多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡；所有凹面反射鏡均要求在整個工作波段內(nèi)嚴(yán)格消除色差、球差，彗差，像散和場曲，使譜像面對于平面光譜調(diào)制反射鏡表面的最大偏離小于按瑞利準(zhǔn)則導(dǎo)出的半焦深容限；第一光闌6為孔徑光闌，第二光闌10為檔光板與其在平面光譜調(diào)制反射鏡5中的像構(gòu)成的狹縫光闌；第一光闌6為入射光闌，同時也為出射光闌，第二光闌10為中間光闌。
按圖1所示的自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI系統(tǒng)光譜調(diào)制整形裝置結(jié)構(gòu)光路圖布置好光學(xué)元件，本裝置結(jié)構(gòu)空間排布為CTSI光譜分解系統(tǒng)與由中心對稱凹面反射鏡4″反射后形成的CTSI光譜合成系統(tǒng)中的色散元件、反射鏡、光闌和它的幾何像的中心均置于水平面內(nèi)，即本裝置呈反射式水平成像平面光譜調(diào)制整形裝置結(jié)構(gòu)，如圖2，裝置設(shè)計要求、結(jié)構(gòu)空間排布及元件參數(shù)如表1所示 表1設(shè)計要求、結(jié)構(gòu)空間排布及元件參數(shù)

自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI光譜分解系統(tǒng)，按光路順序描述如下來自CPA前端0的激光光束經(jīng)第一分光棱鏡8起偏，以布魯斯特角入射的p光通過1/4波片7，再通過第一凹面反射鏡1和第二凹面反射鏡2組成的像傳遞系統(tǒng)，在第一光闌6處聚焦，第一光闌成為光譜調(diào)制整形裝置的輸入孔徑光闌，光束經(jīng)第二凹面反射鏡2變換后為平行光束照射到光柵3面上，構(gòu)成準(zhǔn)直系統(tǒng)。由于采用激光照明這里用像傳遞系統(tǒng)第一光闌6代替了入射狹縫。對于后面的系統(tǒng)而言，第一光闌6的孔徑成為替代的實際的光源，限制著進入平面光譜調(diào)制自準(zhǔn)直光譜調(diào)制整形裝置的光束。由第一光闌6的孔徑發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直物鏡第二凹面反射鏡2后變成平行光束投向由光柵3構(gòu)成的色散系統(tǒng)，接著衍射光經(jīng)第三凹面反射鏡4成像在第二光闌10的孔徑處，至此構(gòu)成一個完整的CTSI光譜分解系統(tǒng)。CTSI光譜分解系統(tǒng)以光路順序表示為6-2-3-4-5。
光譜調(diào)制系統(tǒng)，由第二光闌10與其上的多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡5構(gòu)成光譜調(diào)制系統(tǒng)，平面光譜調(diào)制反射鏡5由于采用多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡，可以做到在中心光譜附近實現(xiàn)幅度凹陷而相位保持不變；光譜調(diào)制系統(tǒng)要求譜像面對于平面光譜調(diào)制反射鏡表面的最大偏離小于按瑞利(Rayliegh)準(zhǔn)則導(dǎo)出的半焦深容限，在焦平面上的彌散斑直徑2dr′，或是在色散方向的彌散寬度a′小于確定的數(shù)值a0。平面光譜調(diào)制反射鏡其反射光強分布則調(diào)制到所需光譜分布結(jié)構(gòu)，如圖9所示，圖9中給出了在中心波長附近處進行不同深度光譜調(diào)制的結(jié)果，圖9中，曲線1為輸入啁啾脈沖光譜分布；曲線2為光譜整形多層介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)反射鏡的反射調(diào)制曲線；曲線3為整形后脈沖光譜分布。
自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI光譜合成系統(tǒng)，經(jīng)平面調(diào)制反射鏡5的反射光由中心對稱凹面反射鏡4″反射后再經(jīng)原路返回，這樣的系統(tǒng)類似自準(zhǔn)直成像系統(tǒng)和色散系統(tǒng)。其特點是光路結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，而且與利特羅(Littrow)系統(tǒng)不同，反射光通過前面的CTSI光譜分解系統(tǒng)6-2-3-4-5時，為一致成色散相減的光譜合成系統(tǒng)即調(diào)制反射光由中心對稱凹面反射鏡4″經(jīng)原路返回到第二光闌10及其上的平面光譜調(diào)制反射鏡5再次調(diào)制，再經(jīng)原路返回到第三凹面反射鏡4，準(zhǔn)直到光柵3形成色散相減的結(jié)構(gòu)，光束平行入射到第二凹面反射鏡2再聚焦到第一光闌6構(gòu)成CTSI光譜合成系統(tǒng)；CTSI光譜合成系統(tǒng)以光路順序表示為4″-5-4-3-2-6。經(jīng)CTSI光譜合成系統(tǒng)合成后的光束從第一光闌6出射；經(jīng)第一凹面反射鏡1變換為平行光束，完成光譜分解、調(diào)制及合成的啁啾脈沖通過1/4波片7后，偏振旋轉(zhuǎn)90度，在第一分光棱鏡8處全反射到與第一分光棱鏡垂直的第二分光棱鏡9起偏，濾掉雜散光后，輸入到后級固體放大介質(zhì)0′中放大。由于光線原路返回中，可以使剩余色散相減為零。通過自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制整形裝置調(diào)制后得到所需光譜分布結(jié)構(gòu)，如圖10所示，光譜調(diào)制整形結(jié)果為，在1053nm中心波長附近在保證相位不變的條件下，控制中心凹陷大小形狀程度，相對幅度調(diào)制可達60％。
在本實施例中，所述的平面光譜調(diào)制反射鏡5可以替換為微鏡結(jié)構(gòu)反射鏡；或液晶光閥；或前加變柵距光柵的反射鏡；或前加液晶空間光調(diào)制器的反射鏡；或微機電薄膜反射鏡MIMS；或連續(xù)變形反射鏡；或Bimorph變形鏡；或棱鏡/波導(dǎo)耦合反射鏡；或變柵距光柵反射鏡，調(diào)制方法與本實例一樣，同樣可以實現(xiàn)啁啾脈沖光譜調(diào)制整形目的，并得到所需光譜分布結(jié)構(gòu)。
實施例2 本實施例中，光柵3采用可在大口徑大能量條件下工作的可逆反射式定向負一級平面閃耀光柵；平面光譜調(diào)制反射鏡為多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡；所有凹面反射鏡均要求在整個工作波段內(nèi)嚴(yán)格消除色差、球差，彗差，像散和場曲，使譜像面對于平面光譜調(diào)制反射鏡表面的最大偏離小于按瑞利準(zhǔn)則導(dǎo)出的半焦深容限；第一光闌6為孔徑光闌，第二光闌10為檔光板與其在平面光譜調(diào)制反射鏡5中的像構(gòu)成的狹縫光闌；第一光闌6為入射光闌，同時也為出射光闌，第二光闌10為中間光闌。
按圖1所示的自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI系統(tǒng)光譜調(diào)制整形裝置結(jié)構(gòu)的光路圖布置好光學(xué)元件，本裝置結(jié)構(gòu)空間排布為CTSI光譜分解系統(tǒng)與由中心對稱凹面反射鏡4″反射后形成的CTSI光譜合成系統(tǒng)的色散元件、反射鏡、光闌和它的幾何像的中心均置于垂直平面內(nèi)，即本實用新型裝置呈反射式垂直成像光譜調(diào)制整形裝置結(jié)構(gòu)，如圖3和圖4，裝置設(shè)計要求、結(jié)構(gòu)空間排布及元件參數(shù)如表2所示 表2設(shè)計要求、結(jié)構(gòu)空間排布及元件參數(shù)

自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI光譜分解系統(tǒng)，按光路順序描述如下來自CPA前端0的激光光束經(jīng)第一分光棱鏡8起偏，以布魯斯特角入射的p光通過1/4波片7，再通過第一凹面反射鏡1和第二凹面反射鏡2組成的像傳遞系統(tǒng)，在第一光闌6處聚焦，第一光闌成為光譜調(diào)制整形裝置的輸入孔徑光闌，光束經(jīng)第二凹面反射鏡2變換后為平行光束照射到光柵3面上，構(gòu)成準(zhǔn)直系統(tǒng)。由于采用激光照明這里用像傳遞系統(tǒng)第一光闌6代替了入射狹縫。對于后面的系統(tǒng)而言，第一光闌6的孔徑成為替代的實際的光源，限制著進入平面光譜調(diào)制自準(zhǔn)直光譜調(diào)制整形裝置的光束。由第一光闌6的孔徑發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直物鏡第二凹面反射鏡2后變成平行光束投向由光柵3構(gòu)成的色散系統(tǒng)，接著衍射光經(jīng)第三凹面反射鏡4成像在第二光闌10的孔徑處，至此構(gòu)成一個完整的CTSI光譜分解系統(tǒng)。CTSI光譜分解系統(tǒng)以光路順序表示為6-2-3-4-5。
光譜調(diào)制系統(tǒng)，由第二光闌10與其上的多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡5構(gòu)成光譜調(diào)制系統(tǒng)，平面光譜調(diào)制反射鏡5由于采用多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡，可以做到在中心光譜附近實現(xiàn)幅度凹陷而相位保持不變；光譜調(diào)制系統(tǒng)要求譜像面對于平面光譜調(diào)制反射鏡表面的最大偏離小于按瑞利(Rayliegh)準(zhǔn)則導(dǎo)出的半焦深容限，在焦平面上的彌散斑直徑2dr′，或是在色散方向的彌散寬度a′小于確定的數(shù)值a0。平面光譜調(diào)制反射鏡其反射光強分布則調(diào)制到所需光譜分布結(jié)構(gòu)，如圖9所示，圖9中給出了在中心波長附近處進行不同深度光譜調(diào)制的結(jié)果，圖9中，曲線1為輸入啁啾脈沖光譜分布；曲線2為光譜整形多層介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)反射鏡的反射調(diào)制曲線；曲線3為整形后脈沖光譜分布。
自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI光譜合成系統(tǒng)，經(jīng)平面調(diào)制反射鏡5的反射光由中心對稱凹面反射鏡4″反射后再經(jīng)原路返回，這樣的系統(tǒng)類似自準(zhǔn)直成像系統(tǒng)和色散系統(tǒng)。其特點是光路結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，而且與利特羅(Littrow)系統(tǒng)不同，反射光通過前面的CTSI光譜分解系統(tǒng)6-2-3-4-5時，為一致成色散相減的光譜合成系統(tǒng)即調(diào)制反射光由中心對稱凹面反射鏡4″經(jīng)原路返回到第二光闌10及其上的平面光譜調(diào)制反射鏡5再次調(diào)制，再經(jīng)原路返回到第三凹面反射鏡4，準(zhǔn)直到光柵3形成色散相減的結(jié)構(gòu)，光束平行入射到第二凹面反射鏡2再聚焦到第一光闌6構(gòu)成CTSI光譜合成系統(tǒng)；CTSI光譜合成系統(tǒng)以光路順序表示為4″-5-4-3-2-6。經(jīng)CTSI光譜合成系統(tǒng)合成后的光束從第一光闌6出射；經(jīng)第一凹面反射鏡1變換為平行光束，完成光譜分解、調(diào)制及合成的啁啾脈沖通過1/4波片7后，偏振旋轉(zhuǎn)90度，在第一分光棱鏡8處全反射到與第一分光棱鏡垂直的第二分光棱鏡9起偏，濾掉雜散光后，輸入到后級固體放大介質(zhì)0′中放大。由于光線原路返回中，可以使剩余色散相減為零。通過自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制整形裝置調(diào)制后得到所需光譜分布結(jié)構(gòu)，如圖10所示，光譜調(diào)制整形結(jié)果為，在1053nm中心波長附近在保證相位不變的條件下，控制中心凹陷大小形狀程度，相對幅度調(diào)制可達60％。
在本實施例中，所述的平面光譜調(diào)制反射鏡5可以替換為微鏡結(jié)構(gòu)反射鏡；或液晶光閥；或前加變柵距光柵的反射鏡；或前加液晶空間光調(diào)制器的反射鏡；或微機電薄膜反射鏡MIMS；或連續(xù)變形反射鏡；或Bimorph變形鏡；或棱鏡/波導(dǎo)耦合反射鏡；或變柵距光柵反射鏡，調(diào)制方法與本實例一樣，同樣可以實現(xiàn)啁啾脈沖光譜調(diào)制整形目的，并得到所需光譜分布結(jié)構(gòu)。
實施例3 本實施例中，光柵3采用可在大口徑大能量條件下工作的可逆反射式定向平面閃耀光柵；平面光譜調(diào)制反射鏡為多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡；所有凹面反射鏡均要求在整個工作波段內(nèi)嚴(yán)格消除色差、球差，彗差，像散和場曲，使譜像面對于平面光譜調(diào)制反射鏡表面的最大偏離小于按瑞利準(zhǔn)則導(dǎo)出的半焦深容限；第一光闌6為孔徑光闌，第二光闌10為檔光板與其在平面光譜調(diào)制反射鏡5中的像構(gòu)成的狹縫光闌；第一光闌6為入射光闌，同時也為出射光闌，第二光闌10為中間光闌。
按圖1所示的自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI系統(tǒng)光譜調(diào)制整形裝置結(jié)構(gòu)的光路圖布置好光學(xué)元件。本裝置結(jié)構(gòu)空間排布為CTSI光譜分解系統(tǒng)與由中心對稱凹面反射鏡4″反射后形成的CTSI光譜合成系統(tǒng)的色散元件、反射鏡、光闌和它的幾何像的中心均置于水平平面內(nèi)，即本實用新型裝置呈反射式水平成像光譜系統(tǒng)，同時相對光譜調(diào)制反射鏡成垂直對稱系統(tǒng)的調(diào)制整形裝置結(jié)構(gòu)，如圖5，裝置設(shè)計要求、結(jié)構(gòu)空間排布及元件參數(shù)如表3所示 表3設(shè)計要求、結(jié)構(gòu)空間排布及元件參數(shù)
自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI光譜分解系統(tǒng)，按光路順序描述如下來自CPA前端0的激光光束經(jīng)第一分光棱鏡8起偏，以布魯斯特角入射的p光通過1/4波片7，再通過第一凹面反射鏡1和第二凹面反射鏡2組成的像傳遞系統(tǒng)，在第一光闌6處聚焦，第一光闌成為光譜調(diào)制整形裝置的輸入孔徑光闌，光束經(jīng)第二凹面反射鏡2變換后為平行光束照射到光柵3面上，構(gòu)成準(zhǔn)直系統(tǒng)。由于采用激光照明這里用像傳遞系統(tǒng)第一光闌6代替了入射狹縫。對于后面的系統(tǒng)而言，第一光闌6的孔徑成為替代的實際的光源，限制著進入平面光譜調(diào)制自準(zhǔn)直光譜調(diào)制整形裝置的光束。由第一光闌6的孔徑發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直物鏡第二凹面反射鏡2后變成平行光束投向由光柵3構(gòu)成的色散系統(tǒng)，接著衍射光經(jīng)第三凹面反射鏡4成像在第二光闌10的孔徑處，至此構(gòu)成一個完整的CTSI光譜分解系統(tǒng)。CTSI光譜分解系統(tǒng)以光路順序表示為6-2-3-4-5。
光譜調(diào)制系統(tǒng)，由第二光闌10與其上的多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡5構(gòu)成光譜調(diào)制系統(tǒng)，平面光譜調(diào)制反射鏡5由于采用多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡，可以做到在中心光譜附近實現(xiàn)幅度凹陷而相位保持不變；光譜調(diào)制系統(tǒng)要求譜像面對于平面光譜調(diào)制反射鏡表面的最大偏離小于按瑞利(Rayliegh)準(zhǔn)則導(dǎo)出的半焦深容限，在焦平面上的彌散斑直徑2dr′，或是在色散方向的彌散寬度a′小于確定的數(shù)值a0。平面光譜調(diào)制反射鏡其反射光強分布則調(diào)制到所需光譜分布結(jié)構(gòu)，如圖9所示，圖9中給出了在中心波長附近處進行不同深度光譜調(diào)制的結(jié)果，圖9中，曲線1為輸入啁啾脈沖光譜分布；曲線2為光譜整形多層介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)反射鏡的反射調(diào)制曲線；曲線3為整形后脈沖光譜分布。
自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI光譜合成系統(tǒng)，經(jīng)平面調(diào)制反射鏡5的反射光由中心對稱凹面反射鏡4″反射后再經(jīng)原路返回，這樣的系統(tǒng)類似自準(zhǔn)直成像系統(tǒng)和色散系統(tǒng)。其特點是光路結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，而且與利特羅(Littrow)系統(tǒng)不同，反射光通過前面的CTSI光譜分解系統(tǒng)6-2-3-4-5時，為一致成色散相減的光譜合成系統(tǒng)即調(diào)制反射光由中心對稱凹面反射鏡4″經(jīng)原路返回到第二光闌10及其上的平面光譜調(diào)制反射鏡5再次調(diào)制，再原路返回到第三凹面反射鏡4，準(zhǔn)直到光柵3形成色散相減的結(jié)構(gòu)，光束平行入射到第二凹面反射鏡2再聚焦到第一光闌6構(gòu)成CTSI光譜合成系統(tǒng)；CTSI光譜合成系統(tǒng)以光路順序表示為4″-5-4-3-2-6。經(jīng)CTSI光譜合成系統(tǒng)合成后的光束從第一光闌6出射；經(jīng)第一凹面反射鏡1變換為平行光束，完成光譜分解、調(diào)制及合成的啁啾脈沖通過1/4波片7后，偏振旋轉(zhuǎn)90度，在第一分光棱鏡8處全反射到與第一分光棱鏡垂直的第二分光棱鏡9起偏，濾掉雜散光后，輸入到后級固體放大介質(zhì)0′中放大。由于光線原路返回中，可以使剩余色散相減為零。通過自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制整形裝置調(diào)制后得到所需光譜分布結(jié)構(gòu)，如圖10所示，光譜調(diào)制整形結(jié)果為，在1053nm中心波長附近在保證相位不變的條件下，控制中心凹陷大小形狀程度，相對幅度調(diào)制可達60％。
在本實施例中，所述的平面光譜調(diào)制反射鏡5可以替換為微鏡結(jié)構(gòu)反射鏡；或液晶光閥；或前加變柵距光柵的反射鏡；或前加液晶空間光調(diào)制器的反射鏡；或微機電薄膜反射鏡MIMS；或連續(xù)變形反射鏡；或Bimorph變形鏡；或棱鏡/波導(dǎo)耦合反射鏡；或變柵距光柵反射鏡，調(diào)制方法與本實例一樣，同樣可以實現(xiàn)啁啾脈沖光譜調(diào)制整形目的，并得到所需光譜分布結(jié)構(gòu)。
實施例4 本實施例中，光柵3采用可在大口徑大能量條件下工作的可逆反射式定向負一級平面閃耀光柵；平面光譜調(diào)制反射鏡為多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡；所有凹面反射鏡均要求在整個工作波段內(nèi)嚴(yán)格消除色差、球差，彗差，像散和場曲，使譜像面對于平面光譜調(diào)制反射鏡表面的最大偏離小于按瑞利準(zhǔn)則導(dǎo)出的半焦深容限；第一光闌6為孔徑光闌，第二光闌10為檔光板與其在平面光譜調(diào)制反射鏡5中的像構(gòu)成的狹縫光闌；第一光闌6為入射光闌，同時也為出射光闌，第二光闌10為中間光闌。
按圖1所示的自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI系統(tǒng)光譜調(diào)制整形裝置結(jié)構(gòu)的光路圖布置好光學(xué)元件，本裝置結(jié)構(gòu)空間排布為CTSI光譜分解系統(tǒng)與由中心對稱凹面反射鏡4″反射后形成的CTSI光譜合成系統(tǒng)的色散元件、反射鏡、光闌和它的幾何像的中心均置于垂直平面內(nèi)，即本實用新型裝置呈反射式垂直成像光譜系統(tǒng)，同時相對光譜調(diào)制反射鏡成水平對稱系統(tǒng)的調(diào)制整形裝置結(jié)構(gòu)，如圖3和圖6，裝置設(shè)計要求、結(jié)構(gòu)空間排布及元件參數(shù)如表4所示 表4設(shè)計要求、結(jié)構(gòu)空間排布及元件參數(shù)
自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI光譜分解系統(tǒng)，按光路順序描述如下來自CPA前端0的激光光束經(jīng)第一分光棱鏡8起偏，以布魯斯特角入射的p光通過1/4波片7，再通過第一凹面反射鏡1和第二凹面反射鏡2組成的像傳遞系統(tǒng)，在第一光闌6處聚焦，第一光闌成為光譜調(diào)制整形裝置的輸入孔徑光闌，光束經(jīng)第二凹面反射鏡2變換后為平行光束照射到光柵3面上，構(gòu)成準(zhǔn)直系統(tǒng)。由于采用激光照明這里用像傳遞系統(tǒng)第一光闌6代替了入射狹縫。對于后面的系統(tǒng)而言，第一光闌6的孔徑成為替代的實際的光源，限制著進入平面光譜調(diào)制自準(zhǔn)直光譜調(diào)制整形裝置的光束。由第一光闌6的孔徑發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直物鏡第二凹面反射鏡2后變成平行光束投向由光柵3構(gòu)成的色散系統(tǒng)，接著衍射光經(jīng)第三凹面反射鏡4成像在第二光闌10的孔徑處，至此構(gòu)成一個完整的CTSI光譜分解系統(tǒng)。CTSI光譜分解系統(tǒng)以光路順序表示為6-2-3-4-5。
光譜調(diào)制系統(tǒng)，由第二光闌10與其上的多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡5構(gòu)成光譜調(diào)制系統(tǒng)，光譜調(diào)制反射鏡5由于采用多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡，可以做到在中心光譜附近實現(xiàn)幅度凹陷而相位保持不變；光譜調(diào)制系統(tǒng)要求譜像面對于平面光譜調(diào)制反射鏡表面的最大偏離小于按瑞利(Rayliegh)準(zhǔn)則導(dǎo)出的半焦深容限，在焦平面上的彌散斑直徑2dr′，或是在色散方向的彌散寬度a′小于確定的數(shù)值a0。平面光譜調(diào)制反射鏡其反射光強分布則調(diào)制到所需光譜分布結(jié)構(gòu)，如圖9所示，圖9中給出了在中心波長附近處進行不同深度光譜調(diào)制的結(jié)果，圖9中，曲線1為輸入啁啾脈沖光譜分布；曲線2為光譜整形多層介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)反射鏡的反射調(diào)制曲線；曲線3為整形后脈沖光譜分布。
自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI光譜合成系統(tǒng)，經(jīng)平面調(diào)制反射鏡5的反射光由中心對稱凹面反射鏡4″反射后再經(jīng)原路返回，這樣的系統(tǒng)類似自準(zhǔn)直成像系統(tǒng)和色散系統(tǒng)。其特點是光路結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，而且與利特羅(Littrow)系統(tǒng)不同，反射光通過前面的CTSI光譜分解系統(tǒng)6-2-3-4-5時，為一致成色散相減的光譜合成系統(tǒng)即調(diào)制反射光由中心對稱凹面反射鏡4″經(jīng)原路返回到第二光闌10及其上的平面光譜調(diào)制反射鏡5再次調(diào)制，再原路返回到第三凹面反射鏡4，準(zhǔn)直到光柵3形成色散相減的結(jié)構(gòu)，光束平行入射到第二凹面反射鏡2再聚焦到第一光闌6構(gòu)成CTSI光譜合成系統(tǒng)；CTSI光譜合成系統(tǒng)以光路順序表示為4″-5-4-3-2-6。經(jīng)CTSI光譜合成系統(tǒng)合成后光束從第一光闌6出射；經(jīng)第一凹面反射鏡1變?yōu)槠叫泄馐?，完成光譜分解、調(diào)制及合成的啁啾脈沖通過1/4波片7后，偏振旋轉(zhuǎn)90度，在第一分光棱鏡8處全反射到與第一分光棱鏡垂直的第二分光棱鏡9起偏，濾掉雜散光后，輸入到后級固體放大介質(zhì)0′中放大。由于光線原路返回中，可以使剩余色散相減為零。通過自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制光譜調(diào)制整形裝置調(diào)制后得到所需光譜分布結(jié)構(gòu)，如圖10所示，光譜調(diào)制整形結(jié)果為，在1053nm中心波長附近在保證相位不變的條件下，控制中心凹陷大小形狀程度，相對幅度調(diào)制可達60％。
在本實施例中，所述的平面光譜調(diào)制反射鏡5可以替換為微鏡結(jié)構(gòu)反射鏡；或液晶光閥；或前加變柵距光柵的反射鏡；或前加液晶空間光調(diào)制器的反射鏡；或微機電薄膜反射鏡MIMS；或連續(xù)變形反射鏡；或Bimorph變形鏡；或棱鏡/波導(dǎo)耦合反射鏡；或變柵距光柵反射鏡，調(diào)制方法與本實例一樣，同樣可以實現(xiàn)啁啾脈沖光譜調(diào)制整形目的，并得到所需光譜分布結(jié)構(gòu)。
實施例5 本實施例中，光柵3采用可在大口徑大能量條件下工作的可逆反射式定向正一級平面閃耀光柵；平面光譜調(diào)制反射鏡為多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡；所有凹面反射鏡均要求在整個工作波段內(nèi)嚴(yán)格消除色差、球差，彗差，像散和場曲，使譜像面對于平面光譜調(diào)制反射鏡表面的最大偏離小于按瑞利準(zhǔn)則導(dǎo)出的半焦深容限；第一光闌6為孔徑光闌，第二光闌10為檔光板與其在平面光譜調(diào)制反射鏡5中的像構(gòu)成的狹縫光闌；第一光闌6為入射光闌，同時也為出射光闌，第二光闌10為中間光闌。
按圖1所示的自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI系統(tǒng)光譜調(diào)制整形裝置結(jié)構(gòu)的光路圖布置好光學(xué)元件，本裝置結(jié)構(gòu)空間排布為CTSI光譜分解系統(tǒng)與由中心對稱凹面反射鏡4″反射后形成的CTSI光譜合成系統(tǒng)的色散元件、反射鏡、光闌和它的幾何像的中心均置于垂直平面內(nèi)，即本實用新型裝置呈反射式垂直成像光譜系統(tǒng)，同時相對光譜調(diào)制反射鏡成水平對稱系統(tǒng)的調(diào)制整形裝置結(jié)構(gòu)，如圖3和圖7，裝置設(shè)計要求、結(jié)構(gòu)空間排布及元件參數(shù)如表5所示 表5設(shè)計要求、結(jié)構(gòu)空間排布及元件參數(shù)

自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI光譜分解系統(tǒng)，按光路順序描述如下來自CPA前端0的激光光束經(jīng)第一分光棱鏡8起偏，以布魯斯特角入射的p光通過1/4波片7，再通過第一凹面反射鏡1和第二凹面反射鏡2組成的像傳遞系統(tǒng)，在第一光闌6處聚焦，第一光闌成為光譜調(diào)制整形裝置的輸入孔徑光闌，光束經(jīng)第二凹面反射鏡2變換后為平行光束照射到光柵3面上，構(gòu)成準(zhǔn)直系統(tǒng)。由于采用激光照明這里用像傳遞系統(tǒng)第一光闌6代替了入射狹縫。對于后面的系統(tǒng)而言，第一光闌6的孔徑成為替代的實際的光源，限制著進入平面光譜調(diào)制自準(zhǔn)直光譜調(diào)制整形裝置的光束。由第一光闌6的孔徑發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直物鏡第二凹面反射鏡2后變成平行光束投向由光柵3構(gòu)成的色散系統(tǒng)，接著衍射光經(jīng)第三凹面反射鏡4成像在第二光闌10的孔徑處，至此構(gòu)成一個完整的CTSI光譜分解系統(tǒng)。CTSI光譜分解系統(tǒng)以光路順序表示為6-2-3-4-5。
光譜調(diào)制系統(tǒng)，由第二光闌10與其上的多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡5構(gòu)成光譜調(diào)制系統(tǒng)，光譜調(diào)制反射鏡5由于采用多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡，可以做到在中心光譜附近實現(xiàn)幅度凹陷而相位保持不變；光譜調(diào)制系統(tǒng)要求譜像面對于平面光譜調(diào)制反射鏡表面的最大偏離小于按瑞利(Rayliegh)準(zhǔn)則導(dǎo)出的半焦深容限，在焦平面上的彌散斑直徑2dr′，或是在色散方向的彌散寬度a′小于確定的數(shù)值a0。平面光譜調(diào)制反射鏡其反射光強分布則調(diào)制到所需光譜分布結(jié)構(gòu)，如圖9所示，圖9中給出了在中心波長附近處進行不同深度光譜調(diào)制的結(jié)果，圖9中，曲線1為輸入啁啾脈沖光譜分布；曲線2為光譜整形多層介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)反射鏡的反射調(diào)制曲線；曲線3為整形后脈沖光譜分布。
自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI光譜合成系統(tǒng)，經(jīng)平面調(diào)制反射鏡5的反射光由中心對稱凹面反射鏡4″反射后再經(jīng)原路返回，這樣的系統(tǒng)類似自準(zhǔn)直成像系統(tǒng)和色散系統(tǒng)。其特點是光路結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，而且與利特羅(Littrow)系統(tǒng)不同，反射光通過前面的CTSI光譜分解系統(tǒng)6-2-3-4-5時，為一致成色散相減的光譜合成系統(tǒng)即調(diào)制反射光由中心對稱凹面反射鏡4″經(jīng)原路返回到第二光闌10及其上的平面光譜調(diào)制反射鏡5再次調(diào)制，再原路返回到第三凹面反射鏡4，準(zhǔn)直到光柵3形成色散相減的結(jié)構(gòu)，光束平行入射到第二凹面反射鏡2再聚焦到第一光闌6構(gòu)成CTSI光譜合成系統(tǒng)；CTSI光譜合成系統(tǒng)以光路順序表示為4″-5-4-3-2-6。經(jīng)CTSI光譜合成系統(tǒng)合成后光束從第一光闌6出射；經(jīng)第一凹面反射鏡1變?yōu)槠叫泄馐?，完成光譜分解、調(diào)制及合成的啁啾脈沖通過1/4波片7后，偏振旋轉(zhuǎn)90度，在第一分光棱鏡8處全反射到與第一分光棱鏡垂直的第二分光棱鏡9起偏，濾掉雜散光后，輸入到后級固體放大介質(zhì)0′中放大。由于光線原路返回中，可以使剩余色散相減為零。通過自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制光譜調(diào)制整形裝置調(diào)制后得到所需光譜分布結(jié)構(gòu)，如圖10所示，光譜調(diào)制整形結(jié)果為，在1053nm中心波長附近在保證相位不變的條件下，控制中心凹陷大小形狀程度，相對幅度調(diào)制可達60％。
在本實施例中，所述的平面光譜調(diào)制反射鏡5可以替換為微鏡結(jié)構(gòu)反射鏡；或液晶光閥；或前加變柵距光柵的反射鏡；或前加液晶空間光調(diào)制器的反射鏡；或微機電薄膜反射鏡MIMS；或連續(xù)變形反射鏡；或Bimorph變形鏡；或棱鏡/波導(dǎo)耦合反射鏡；或變柵距光柵反射鏡，調(diào)制方法與本實例一樣，同樣可以實現(xiàn)啁啾脈沖光譜調(diào)制整形目的，并得到所需光譜分布結(jié)構(gòu)。
實施例6 本實施例中，光柵3采用可在大口徑大能量條件下工作的可逆反射式定向正一級平面閃耀光柵；平面光譜調(diào)制反射鏡為多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡；所有凹面反射鏡均要求在整個工作波段內(nèi)嚴(yán)格消除色差、球差，彗差，像散和場曲，使譜像面對于平面光譜調(diào)制反射鏡表面的最大偏離小于按瑞利準(zhǔn)則導(dǎo)出的半焦深容限；第一光闌6為孔徑光闌，第二光闌10為檔光板與其在平面光譜調(diào)制反射鏡5中的像構(gòu)成的狹縫光闌；第一光闌6為入射光闌，同時也為出射光闌，第二光闌10為中間光闌。
按圖1所示的自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI系統(tǒng)光譜調(diào)制整形裝置結(jié)構(gòu)的光路圖布置好光學(xué)元件，本裝置結(jié)構(gòu)空間排布為CTSI光譜分解系統(tǒng)與由中心對稱凹面反射鏡4″反射后形成的CTSI光譜合成系統(tǒng)的色散元件、反射鏡、光闌和它的幾何像的中心均置于垂直平面內(nèi)，即本實用新型裝置呈反射式垂直成像光譜系統(tǒng)，同時相對光譜調(diào)制反射鏡成水平對稱系統(tǒng)的調(diào)制整形裝置結(jié)構(gòu)，如圖3和圖8，裝置設(shè)計要求、結(jié)構(gòu)空間排布及元件參數(shù)如表6所示 表6設(shè)計要求、結(jié)構(gòu)空間排布及元件參數(shù)

自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI光譜分解系統(tǒng)，按光路順序描述如下來自CPA前端0的激光光束經(jīng)第一分光棱鏡8起偏，以布魯斯特角入射的p光通過1/4波片7，再通過第一凹面反射鏡1和第二凹面反射鏡2組成的像傳遞系統(tǒng)，在第一光闌6處聚焦，第一光闌成為光譜調(diào)制整形裝置的輸入孔徑光闌，光束經(jīng)第二凹面反射鏡2變換后為平行光束照射到光柵3面上，構(gòu)成準(zhǔn)直系統(tǒng)。由于采用激光照明這里用像傳遞系統(tǒng)第一光闌6代替了入射狹縫。對于后面的系統(tǒng)而言，第一光闌6的孔徑成為替代的實際的光源，限制著進入平面光譜調(diào)制自準(zhǔn)直光譜調(diào)制整形裝置的光束。由第一光闌6的孔徑發(fā)出的光束經(jīng)準(zhǔn)直物鏡第二凹面反射鏡2后變成平行光束投向由光柵3構(gòu)成的色散系統(tǒng)，接著衍射光經(jīng)第三凹面反射鏡4成像在第二光闌10的孔徑處，至此構(gòu)成一個完整的CTSI光譜分解系統(tǒng)。CTSI光譜分解系統(tǒng)以光路順序表示為6-2-3-4-5。
光譜調(diào)制系統(tǒng)，由第二光闌10與其上的多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡5構(gòu)成光譜調(diào)制系統(tǒng)，光譜調(diào)制反射鏡5由于采用多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡，可以做到在中心光譜附近實現(xiàn)幅度凹陷而相位保持不變；光譜調(diào)制系統(tǒng)要求譜像面對于平面光譜調(diào)制反射鏡表面的最大偏離小于按瑞利(Rayliegh)準(zhǔn)則導(dǎo)出的半焦深容限，在焦平面上的彌散斑直徑2dr′，或是在色散方向的彌散寬度a′小于確定的數(shù)值a0。平面光譜調(diào)制反射鏡其反射光強分布則調(diào)制到所需光譜分布結(jié)構(gòu)，如圖9所示，圖9中給出了在中心波長附近處進行不同深度光譜調(diào)制的結(jié)果，圖9中，曲線1為輸入啁啾脈沖光譜分布；曲線2為光譜整形多層介質(zhì)微浮雕結(jié)構(gòu)反射鏡的反射調(diào)制曲線；曲線3為整形后脈沖光譜分布。
自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制CTSI光譜合成系統(tǒng)，經(jīng)平面調(diào)制反射鏡5的反射光由中心對稱凹面反射鏡4″反射后再經(jīng)原路返回，這樣的系統(tǒng)類似自準(zhǔn)直成像系統(tǒng)和色散系統(tǒng)。其特點是光路結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，而且與利特羅(Littrow)系統(tǒng)不同，反射光通過前面的CTSI光譜分解系統(tǒng)6-2-3-4-5時，為一致成色散相減的光譜合成系統(tǒng)即調(diào)制反射光由中心對稱凹面反射鏡4″經(jīng)原路返回到第二光闌10及其上的平面光譜調(diào)制反射鏡5再次調(diào)制，再原路返回到第三凹面反射鏡4，準(zhǔn)直到光柵3形成色散相減的結(jié)構(gòu)，光束平行入射到第二凹面反射鏡2再聚焦到第一光闌6構(gòu)成CTSI光譜合成系統(tǒng)；CTSI光譜合成系統(tǒng)以光路順序表示為4″-5-4-3-2-6。經(jīng)CTSI光譜合成系統(tǒng)合成后光束從第一光闌6出射；經(jīng)第一凹面反射鏡1變?yōu)槠叫泄馐?，完成光譜分解、調(diào)制及合成的啁啾脈沖通過1/4波片7后，偏振旋轉(zhuǎn)90度，在第一分光棱鏡8處全反射到與第一分光棱鏡垂直的第二分光棱鏡9起偏，濾掉雜散光后，輸入到后級固體放大介質(zhì)0′中放大。由于光線原路返回中，可以使剩余色散相減為零。通過自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制光譜調(diào)制整形裝置調(diào)制后得到所需光譜分布結(jié)構(gòu)，如圖10所示，光譜調(diào)制整形結(jié)果為，在1053nm中心波長附近在保證相位不變的條件下，控制中心凹陷大小形狀程度，相對幅度調(diào)制可達60％。
在本實施例中，所述的平面光譜調(diào)制反射鏡5可以替換為微鏡結(jié)構(gòu)反射鏡；或液晶光閥；或前加變柵距光柵的反射鏡；或前加液晶空間光調(diào)制器的反射鏡；或微機電薄膜反射鏡MIMS；或連續(xù)變形反射鏡；或Bimorph變形鏡；或棱鏡/波導(dǎo)耦合反射鏡；或變柵距光柵反射鏡，調(diào)制方法與本實例一樣，同樣可以實現(xiàn)啁啾脈沖光譜調(diào)制整形目的，并得到所需光譜分布結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求1.一種用于啁啾脈沖放大的自準(zhǔn)直平面調(diào)制光譜調(diào)制整形裝置，其特征在于，按設(shè)計光路順序描述，包括第一分光棱鏡(8)，第二分光棱鏡(9)，和1/4波片(7)；包括由第一凹面反射鏡(1)，第一光闌(6)和第二凹面反射鏡(2)構(gòu)成照明系統(tǒng)；進一步包括由第一光闌(6)，第二凹面反射鏡(2)，光柵(3)，第三凹面反射鏡(4)及第二光闌(10)構(gòu)成自準(zhǔn)直平面調(diào)制CTSI光譜分解系統(tǒng)；由第二光闌(10)與其上的平面光譜調(diào)制反射鏡(5)構(gòu)成光譜調(diào)制系統(tǒng)；由中心對稱凹面反射鏡(4″)，第二光闌(10)及其上的平面光譜調(diào)制反射鏡(5)，第三凹面反射鏡(4)，光柵(3)，第二凹面反射鏡(2)及第一光闌(6)構(gòu)成自準(zhǔn)直平面調(diào)制CTSI光譜合成系統(tǒng)；來自CPA前端(0)的激光光束由第一分光棱鏡起偏，通過1/4波片及第一凹面反射鏡，經(jīng)第一凹面反射鏡變?yōu)槠叫泄馐?，通過上述光譜分解系統(tǒng)，光譜調(diào)制系統(tǒng)及光譜合成系統(tǒng)完成光譜分解、調(diào)制及合成的啁啾脈沖再通過1/4波片，偏振旋轉(zhuǎn)90度，在第一分光棱鏡處全反射到第二分光棱鏡起偏，然后輸入到后級固體放大介質(zhì)(0′)中放大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制整形裝置，其特征在于，所述光柵(3)采用可逆反射式定向平面閃耀光柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制整形裝置，其特征在于，所述凹面反射鏡均要求在整個工作波段內(nèi)嚴(yán)格消除色差、球差，彗差，像散和場曲，使譜像面對于平面光譜調(diào)制反射鏡表面的最大偏離小于按瑞利準(zhǔn)則導(dǎo)出的半焦深容限。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制整形裝置，其特征在于，所述中心對稱凹面反射鏡(4″)與第三凹面反射鏡(4)相對光譜調(diào)制反射鏡成對稱，由中心對稱凹面反射鏡(4″)反射經(jīng)原路返回構(gòu)成自準(zhǔn)直光路系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制整形裝置，其特征在于，所述第一光闌(6)為實共焦望遠鏡像傳遞照明系統(tǒng)的光闌；所述照明系統(tǒng)在保證正常寬度要求的相干同相入射的條件下，不改變來自CPA前端的激光束的時間和空間分布，與色散系統(tǒng)和成像系統(tǒng)的相對孔徑匹配，且保證通光口徑能充滿色散系統(tǒng)的口徑；所述第一光闌(6)采用孔徑光闌，第二光闌(10)為檔光板與其在平面光譜調(diào)制反射鏡(5)中的像構(gòu)成的狹縫光闌。所有光闌均應(yīng)滿足孔徑的正常寬度a0條件，或滿足CTSI光譜分解系統(tǒng)和CTSI光譜合成系統(tǒng)能達到的衍射半寬度a0條件，同時第二光闌(10)與第一光闌(6)應(yīng)通過激光啁啾脈沖帶寬內(nèi)所有頻譜的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制整形裝置，其特征在于，所述光學(xué)元件全部選用相對色散元件成對稱型的成像系統(tǒng)，或者相對色散元件成不對稱補償像差的成像系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制整形裝置，其特征在于，所述平面光譜調(diào)制反射鏡(5)采用多層介質(zhì)膜微浮雕結(jié)構(gòu)的平面光譜調(diào)制反射鏡；或微鏡結(jié)構(gòu)反射鏡；或液晶光閥；或前加變柵距光柵的反射鏡；或前加液晶空間光調(diào)制器的反射鏡；或微機電薄膜反射鏡MIMS；或連續(xù)變形反射鏡；或Bimorph變形鏡；或棱鏡/波導(dǎo)耦合反射鏡；或變柵距光柵反射鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自準(zhǔn)直平面光譜調(diào)制整形裝置，其特征在于，所述第一分光棱鏡(8)與第二分光棱鏡(9)位置相互垂直。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜調(diào)制整形裝置，其特征在于，所述CTSI光譜分解系統(tǒng)和CTSI光譜合成系統(tǒng)中的凹面反射鏡相對色散元件呈反射式水平成像光譜系統(tǒng)，或呈反射式垂直成像光譜系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜調(diào)制整形裝置，其特征在于，所述CTSI光譜分解系統(tǒng)與CTSI光譜合成系統(tǒng)相對平面光譜調(diào)制反射(5)鏡呈反射式水平成像光譜調(diào)制系統(tǒng)，或呈反射式垂直成像光譜調(diào)制系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型涉及一種用于啁啾脈沖放大(CPA)系統(tǒng)的自準(zhǔn)直平面調(diào)制光譜調(diào)制整形裝置。包括自準(zhǔn)直平面調(diào)制CTSI光譜分解系統(tǒng)和CTSI光譜合成系統(tǒng)，包括光闌和平面光譜調(diào)制反射鏡構(gòu)成光譜調(diào)制系統(tǒng)；利用CTSI光譜分解系統(tǒng)先將激光啁啾脈沖真實展開到光譜面，再利用光譜調(diào)制系統(tǒng)在像平面上進行光譜調(diào)制，然后利用CTSI光譜合成系統(tǒng)將調(diào)制后光譜無畸變的還原為調(diào)制后的啁啾脈沖，達到光譜調(diào)制整形目的。本實用新型所用光學(xué)元件易于加工，且具有結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間少，價格較低等特點；本裝置可根據(jù)需要設(shè)計為各種型式的光譜整形調(diào)制裝置；可對一般激光脈沖實現(xiàn)光譜調(diào)制和光譜整形，尤其適用于幾個納米帶寬的大能量高功率CPA系統(tǒng)。
文檔編號G02B17/06GK201166732SQ200820055710
公開日2008年12月17日 申請日期2008年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月26日
發(fā)明者銘 李, 戴亞平, 韜 王, 彬 張, 范正修 申請人:上海激光等離子體研究所