[發明專利]任意時間波形光脈沖產生裝置

在審

• 申請號: 202310020593.7
• 申請日: 2023-01-06
• 公開（公告）號: CN116224611A
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 黃大杰;范薇;李國揚;杜彤耀;程賀;李學春;朱健強
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B27/42
• 分類號: G02B27/42;G02B27/09;G02B6/42;H01S3/11
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種任意時間波形光脈沖產生裝置，包括短脈沖光源、分光元件、準直與擴束系統、第一成像系統、光柵、第二成像系統、空間整形元件、耦合透鏡和單模光纖；短脈沖光經過分光元件后，反射光作為短脈沖種子源，透射光經過準直與擴束后充分照射光柵的有效通光區域，反射后的光脈沖相位波前，與強度波前相比存在一定角度的傾斜。使后級的空間整形元件與光柵成精確物、像關系，當空間整形元件結合后級耦合系統形成預設的空間透過率分布時，光脈沖的相位波前也受到對應的空間透過率調制，通過后級耦合系統消除時空畸變等影響后，耦合輸出的光脈沖時間波形與預設的空間透過率分布存在線性對應關系，而且與分光元件反射的短脈沖光屬于同源關系。本發明不僅實現了長、短脈沖絕對同源，而且具有時間分辨率高、時間寬度范圍廣、光學結構簡單且不依賴于電子芯片等優點。

技術領域

本發明涉及光脈沖的時間波形控制技術領域，特別是一種任意時間波形光脈沖產生裝置。

背景技術

在慣約聚變領域，通過精確調控匯聚在靶丸上的激光時間波形，可以精密控制激光與物質的相互作用過程，從而直接影響聚變過程以及聚變效率。所以研究激光脈沖時間波形的精密控制技術，對于提高慣約聚變效率具有重要意義。

對于激光時間脈沖的精密調控，主要有兩方面的需求：一方面，多路光脈沖需要精確同步，以實現同步到達靶丸，當不同路的長、短光脈沖非同源時，很難實現絕對零同步；另一方面，每一路的光脈沖時間波形需要精確可調，且分辨率需要優于時間總寬度的百分之一以上。盡管通過電脈沖AWG技術結合電光調制器，可以產生數納秒時間寬度的任意整形光脈沖，但是，當所需的光脈沖時間寬度為百皮秒左右時，時間分辨率要求達到皮秒量級，受限于電子元件的帶寬，電子學方法無法產生如此高時間分辨率的任意整形光脈沖。

通過時頻轉換等光學技術，盡管能提升時間分辨精度，但是存在光路復雜、時間寬度很難延伸等問題。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有任意光脈沖產生技術存在無法實現零同步精度、脈沖時間分辨率無法達到皮秒量級等問題，提供一種任意時間波形光脈沖產生裝置，使短脈沖光經過分光元件后，反射光作為短脈沖種子源，透射光經過準直與擴束后充分照射光柵的有效通光區域，反射后的光脈沖相位波前，與強度波前相比存在一定角度的傾斜。使后級的空間整形元件與光柵成精確物、像關系，當空間整形元件結合后級耦合系統形成預設的空間透過率分布時，光脈沖的相位波前也受到對應的空間透過率調制，通過后級耦合系統消除時空畸變等影響后，耦合輸出的光脈沖時間波形與預設的空間透過率分布存在線性對應關系。因此，通過設計合適的光學系統參數以及空間整形元件的透過率分布，便可以使該裝置輸出具備預設時間波形的光脈沖，而且與分光元件反射的短脈沖光屬于同源關系，實現了長、短脈沖絕對同源。該光脈沖與該裝置與目前現有的任意光脈沖產生技術相比，具有同步精度高、時間分辨率高、時間寬度范圍廣(百皮秒至納秒量級)、光學結構簡單且不依賴于電子芯片等優點。

本發明的技術解決方案如下：

一種任意時間波形光脈沖產生裝置，包括短脈沖光源，其特點在于：還包括沿該短脈沖光源傳輸方向依次設置的分光元件、準直與擴束系統、第一成像系統、光柵、第二成像系統、空間整形元件、耦合透鏡和單模光纖；

所述的短脈沖光源輸出的短脈沖光，經過所述的分光元件后，反射光作為短脈沖種子源，透射光依次經過所述的準直與擴束系統和第一成像系統后，以入射角θ_g照射所述光柵的有效通光區域，使經該光柵反射后的衍射光脈沖相位波前與強度波前存在傾斜，所述衍射光經第二成像系統后，以入射角θ_SLM照射所述空間整形元件，使所述空間整形元件與光柵成精確物、像關系，所述空間整形元件上加載有透過率或相位分布，使光斑覆蓋區域在調制維度上的分布與空間透過率分布存在線性對應關系。

進一步，所述的短脈沖光源的時間寬度t_in接近傅里葉變換的短脈沖極限。