[發(fā)明專利]確定鈦寶石晶體晶軸朝向的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310398753.8
• 申請日: 2013-09-05
• 公開（公告）號: CN103457146A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設計）人: 儲玉喜;梁曉燕;於亮紅;馬林;李儒新;徐至展
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/108
• 分類號: H01S3/108;H01S3/08
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光放大技術(shù)，特別是一種基于鈦寶石晶體的多通放大器確定鈦寶石晶體晶軸朝向的方法。

背景技術(shù)

超短超強激光是當今物理實驗研究的重要工具和研究手段。性能優(yōu)良的超短超強激光是進行強場物理實驗研究的必要條件和保障，為高功率密度物理，激光等離子體物理，等離子體加速器及X射線激光等研究領(lǐng)域提供了穩(wěn)定、可靠的實驗手段和技術(shù)平臺。該技術(shù)自二十世紀八十年代中期以來得到飛速地發(fā)展，包括我國在內(nèi)的世界各科技大國相繼建立了大型的高功率拍瓦(PW)量級的超短脈沖激光裝置。在飛秒量級超快激光系統(tǒng)中，基于鈦寶石（Ti:Sapphire）晶體的啁啾脈沖放大（CPA）是主要的技術(shù)路線；因此，鈦寶石的性能對超短超強脈沖的產(chǎn)生起著至關(guān)重要的作用。

鈦寶石晶體是一個單軸非線性晶體，鈦寶石對泵浦光的吸收以及對種子光的放大都與晶軸的朝向有著很大關(guān)系。如果泵浦光的偏振方向沒有平行于鈦寶石晶體的晶軸方向，會影響鈦寶石對泵浦光的吸收效率。與此同時，如果種子光的偏振方向沒有平行于鈦寶石晶體的晶軸方向，不僅會影響鈦寶石對種子光的放大效率，而且會由于鈦寶石的雙折射效率而帶來種子光的光譜調(diào)制。種子光的光譜直接影響激光脈沖的壓縮，因此帶有光譜調(diào)整的種子光會影響到脈沖的可壓縮性。因此，在高能PW激光系統(tǒng)中，要求泵浦光和種子光的偏振方向一致并且嚴格平行于鈦寶石晶體的晶軸方向。

目前，確定鈦寶石晶體晶軸朝向主要方法包括：

（1）采用高重復頻率的泵浦源，測試鈦寶石對泵浦光的吸收。將泵浦源發(fā)出的激光入射至鈦寶石晶體表面，在鈦寶石晶體后用能量計測量剩余的泵浦光能量。轉(zhuǎn)動鈦寶石晶體，當剩余的泵浦能量最弱時停止轉(zhuǎn)動，固定好鈦寶石晶體。由于泵浦源的能量有波動，因此，該方法精度很低，且需要的器件較多。

（2）采用非常精密的光柵光譜儀，當觀察到通過鈦寶石的激光光譜上出現(xiàn)有規(guī)律性的調(diào)制時，開始轉(zhuǎn)動鈦寶石晶體，直至調(diào)制消失時停止轉(zhuǎn)動，固定好鈦寶石晶體。但是該方法需要激光多次通過鈦寶石晶體才會發(fā)生明顯的調(diào)制現(xiàn)象，且需要非常精密的光柵光譜儀，因此該方法步驟繁瑣，且對器件要求很高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有確定鈦寶石晶體晶軸朝向方法的缺點；提供一種確定鈦寶石晶體晶軸朝向的方法，該方法操作簡單、科學有效、精度高和實用性強。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種確定鈦寶石晶體晶軸朝向的方法，所采用的器件包括800nm激光種子源、小孔光闌、待定鈦寶石晶體、鈦寶石晶體架和洛匈棱鏡，其特點在于該方法包括下列步驟：

①在所述的800nm激光種子源產(chǎn)生的激光光路中放置所述的小孔光闌，所述的800nm激光種子源的偏振態(tài)方向已知；

②在所述的小孔光闌后的激光光路中放置洛匈棱鏡，使所述的激光光束通過所述的洛匈棱鏡的中心，轉(zhuǎn)動所述的洛匈棱鏡，并在所述的洛匈棱鏡后利用白紙觀察激光光點，當激光光點唯一且傳播方向不發(fā)生變化時，固定所述的洛匈棱鏡不再轉(zhuǎn)動；然后將所述的洛匈棱鏡從光路中移走；

③所述的鈦寶石晶體安裝在所述的鈦寶石晶體架上，在所述的小孔光闌后的光路中放置所述的鈦寶石晶體，并使得所述的激光光束通過所述的鈦寶石晶體的中心；

④在所述的鈦寶石晶體后的激光光路中放置所述的洛匈棱鏡，使所述的激光光束通過所述的洛匈棱鏡的中心，轉(zhuǎn)動所述的鈦寶石晶體，在所述的洛匈棱鏡后利用白紙觀察激光光點，當激光光點唯一且傳播方向不發(fā)生變化時，固定好所述的鈦寶石晶體；則鈦寶石晶體的晶軸的朝向平行于所述的800nm激光種子源的偏振方向。

本發(fā)明的原理是：

鈦寶石是一個單軸的非線性晶體。當入射的激光偏振態(tài)不平行于鈦寶石晶體晶軸方向時，就會在激光通過時產(chǎn)生雙折射效應，從而改變?nèi)肷浼す獾钠駪B(tài)。洛匈棱鏡是一種高精度檢偏器件，精度可以達到10^-5，當入射激光的偏振態(tài)與洛匈棱鏡所確定的偏振態(tài)不一致時會出現(xiàn)明顯的雙折射，出射的激光會分成兩束激光，且傳播方向相反。由于洛匈棱鏡的精度很高，即使入射的激光偏振態(tài)出現(xiàn)很小的變化，洛匈棱鏡也可以很容易檢測。因此，我們可以先通過已知偏振態(tài)的激光校準洛匈棱鏡，使得洛匈棱鏡所確定的偏振態(tài)與入射到鈦寶石前的激光偏振態(tài)一致。然后讓激光通過鈦寶石晶體，如果激光偏振沒有平行于鈦寶石晶軸方向，則出射的激光的偏振態(tài)會發(fā)生改變，此時經(jīng)過洛匈棱鏡會檢測出偏振的變化。然后轉(zhuǎn)動鈦寶石晶體，當鈦寶石的晶軸方向平行于入射的激光偏振時，經(jīng)過洛匈棱鏡出射的激光光點唯一，且傳播方向不發(fā)生改變。此時鈦寶石的晶軸朝向平行于入射激光的偏振方向。