一种非平行四光栅压缩器的制作方法

1.本发明涉及超短脉冲倍频技术领域，具体涉及一种非平行四光栅压缩器。


背景技术：

2.随着飞秒脉冲的出现，二次谐波的产生引起了人们的广泛关注。然而，有限相位匹配带宽限制了超短脉冲的倍频。由于超短脉冲的光谱范围很宽，不能同时满足所有光谱分量的相位匹配条件。
3.为了克服这一困难，采用了极短的晶体，降低了倍频效率。为了提高相位带宽，不降低效率，提出了一种基于角色散光栅压缩器，如现阶段的平行四光栅压缩器。该技术能够将宽带脉冲的不同光谱分量分散，使得每个分量以适当的相位匹配角度入射到倍频晶体上。这等同于消除了群速度的失配，该方法允许短至几飞秒的脉冲，在晶体长度为几毫米的情况下，也能有效倍频。但是宽带脉冲的边缘光线实际入射到晶体角度与允许入射角度存在一定的差值，不能精确满足，为提高精确度，对光栅频率连续性变化提出了更高的要求，增加了系统元器件的复杂性和成本。


技术实现要素：

4.为克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种非平行四光栅压缩器。本实用新型具有结构简单，紧凑稳定，同传统平行的四光栅压缩器比较，经该压缩器压缩的宽带脉冲，色散角度能够更精确满足相位匹配的角度。另一个，因为光栅的周期不是容易连续改变的，当选择某一个光栅的刻度周期时，可以通过改变光栅的角度，达到波前匹配的目的。
5.本实用新型的一种非平行四光栅压缩器包括：四片衍射光栅：光栅1、光栅2、光栅3、光栅4；两片聚焦透镜：聚焦透镜5、聚焦透镜6和倍频晶体7。其特点是：系统被分为模块1和模块2两部分进行调试，模块1为基频波光路包括光栅1、光栅2和聚焦透镜5，基频波入射到光栅1的中心，之后反射到光栅2的中心，出射光线进入倍频晶体7中心，调整系统结构参数包括光栅1和光栅2的频率、间距、位置、倾角参数以及聚焦透镜5的焦距补偿基频波进入倍频晶体产生的群延色散，且各波段实际入射到晶体上的角度满足相位匹配允许角度，其中光栅1与光栅2衍射表面不平行夹角大于180度。
6.模块2为二次谐波光路包括光栅3、光栅4和聚焦透镜6，对模块2反向追迹，二次谐波入射到光栅3的中心，之后反射到光栅4的中心，出射光线进入倍频晶体7中心，调整系统结构参数包括光栅3与光栅4的频率、间距、位置、倾角参数以及聚焦透镜6的焦距补偿二次谐波进入倍频晶体产生的群延色散，且各波段实际入射到晶体上的角度满足相位匹配允许角度，其中光栅3与光栅4衍射表面不平行夹角大于 180度。
附图说明
7.下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明：
8.图1为本实用新型非平行四光栅压缩器结构示意图。
9.图2为本实用新型压缩器模块1的示意图。
10.图3为本实用新型压缩器模块2的示意图。
11.图4为传统平行四光栅压缩器示意图。
具体实施方式
12.现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明，附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
13.具体的，系统被分为模块1和模块2两部分进行调试，如图1所示，模块1如图2所示为基频波光路包括光栅1、光栅2和聚焦透镜5，基频波入射到光栅1的中心，之后反射到光栅2的中心，出射光线进入倍频晶体7中心，调整系统结构参数包括光栅1和光栅2的频率、间距、位置、倾角参数以及聚焦透镜5的焦距补偿基频波进入倍频晶体产生的群延色散，且各波段实际入射到晶体上的角度满足相位匹配允许角度，其中光栅1与光栅2衍射表面不平行夹角大于180度。
14.具体的，模块2为图3所示为二次谐波光路包括光栅3、光栅4 和聚焦透镜6，对模块2反向追迹，二次谐波入射到光栅3的中心，之后反射到光栅4的中心，出射光线进入倍频晶体7中心，调整系统结构参数包括光栅3和光栅4的频率、间距、位置、倾角参数以及聚焦透镜 6的焦距补偿二次谐波进入倍频晶体产生的群延色散，且各波段实际入射到晶体上的角度满足相位匹配允许角度，其中光栅3与光栅4衍射表面不平行夹角大于180度。
15.本实用新型的工作原理：为实现超短脉冲的高质量压缩，宽带脉冲中不同频率的光波需要以非线性光学倍频中的允许角度进入倍频晶体，将入射角度作为该光学系统的评价指标，并据此设置操作数，建立系统评价函数。在zemax中建立计算压缩系统群延色散的宏程序，通过调整系统结构参数，如光栅频率、光栅间距、光栅位置、光栅倾角、透镜焦距等，进而对激光脉冲的群延迟色散进行补偿，使得基频波进入晶体中心时无啁啾，实现最佳倍频，二次谐波光路中为消除该光路中的时间啁啾，加入一定的群延色散进行补偿，从而获得高质量二次谐波脉冲的输出。
16.使用该压缩器在zemax建立的10fs、0.8μm超短脉冲的倍频系统，其波长范围在0.73
‑
0.87μm。模块1、模块2的边缘光线实际入射到晶体角度满足相位匹配允许入射角度的要求，可同时在倍频晶体的中心实现全波段的相位匹配。


技术特征：
1.一种非平行四光栅压缩器，其特征在于：它包括了四片衍射光栅：光栅1、光栅2、光栅3、光栅4；两片聚焦透镜：聚焦透镜5、聚焦透镜6和倍频晶体7；所述的非平行四光栅压缩器系统将以上元件分为模块1和模块2两部分进行调试。2.根据权利要求1所述的一种非平行四光栅压缩器，其特征是：所述的模块1为基频波光路包括光栅1、光栅2和聚焦透镜5，基频波入射到光栅1的中心，之后反射到光栅2的中心，出射光线进入倍频晶体7的中心，调整系统结构参数包括光栅1和光栅2的频率、间距、位置、倾角参数以及透镜5的焦距，补偿基频波进入倍频晶体产生的群延色散，且各波段实际入射到晶体上的角度满足相位匹配允许角度，其中光栅1与光栅2衍射表面不平行夹角大于180度。3.根据权利要求1所述的一种非平行四光栅压缩器，其特征是：所述的模块2为二次谐波光路包括光栅3、光栅4和聚焦透镜6，对模块2反向追迹，二次谐波入射到光栅3的中心，之后反射到光栅4的中心，出射光线进入倍频晶体7中心，调整系统结构参数包括光栅3和光栅4的频率、间距、位置、倾角参数以及透镜6的焦距，补偿二次谐波进入倍频晶体产生的群延色散，且各波段实际入射到晶体上的角度满足相位匹配允许角度，其中光栅3与光栅4衍射表面不平行夹角大于180度。

技术总结
本实用新型提供了一种非平行四光栅压缩器。其特点是，所述的压缩器包括四片衍射光栅：光栅1、光栅2、光栅3、光栅4；两片聚焦透镜：聚焦透镜5、聚焦透镜6和倍频晶体7。系统分为模块1和模块2，模块1为基频波光路包括光栅1、光栅2、聚焦透镜5、倍频晶体7，模块2为二次谐波光路包括光栅3、光栅4、聚焦透镜6、倍频晶体7。本实用新型，采用上述结构，通过光学追迹的方法设计非平行四光栅超短脉冲压缩器，补偿系统的群延迟色散，获得系统结构参数，实现对宽带脉冲的压缩。本实用新型结构简单、紧凑稳定，同传统平行的四光栅压缩器比较，该压缩器不要求光栅频率连续性变化，色散角度能够更精确满足匹配条件。件。件。


技术研发人员：李艳君 张留洋 李倩茹
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2021.04.07
技术公布日：2021/11/21