[发明专利]基于光谱偏振态编辑技术的滤波装置及方法

说明书

一种基于光谱偏振态编辑技术的滤波装置及方法，包括：激光源、光隔离器、N个光谱偏振态编辑器(N≥1)和检偏器，所述的光谱偏振态编辑器由同轴的第一波片和第一旋光晶体构成。所述的滤波装置，沿着激光源出射光方向依次通过光隔离器、N个光谱偏振态编辑器和检偏器。所述的光谱偏振态编辑器包括沿光传输方向依次放置同轴的第一波片和第一旋光晶体。本发明具有结构简单、操作方便、价格低廉，可以实现宽带宽、高损伤阈值、高滤波效率且滤波函数连续可调的光谱滤波效果。

技术领域

本发明属于固体激光技术领域，具体是一种应用于超快激光系统的基于偏振态编辑技术的光谱滤波装置及方法。

背景技术

光谱滤波装置广泛应用在超快激光系统中，对于激光放大乃至压缩起着至关重要的作用。啁啾脉冲放大技术可以将宽光谱、低能量的信号光在时域中展宽后放大，最后压缩得到更高峰值功率的超快激光【Opt.Commun.55,447-449(1985)】。其发明者Gerard Mourou和Donna Strickland也因此在2018年获得诺贝尔物理学奖。然而啁啾脉冲放大器前级高增益放大会带来严重的增益窄化以及光谱红移，因此需要使用光谱滤波装置来预调制出蓝移光谱以消除增益窄化及红移现象。目前光谱滤波装置的种类很多，有些基于可编程声光调制器，有些基于特殊设计的镀膜反射镜，也有基于标准具和双折射滤波片。

其中基于标准具、双折射滤波片的滤波装置【Opt.Lett.21,219(1996)】均是通过增加增益谱峰值附近的损耗来实现滤波效果，使用过程中需要不断调节滤波器姿态来获得预期滤波输出光谱。因此其表面反射光需要特别注意，否则有损伤仪器乃至伤害操作人员的风险。

可编程声光调制器件价格昂贵、衍射效率比较低，对注入信号光能量损耗很大【Opt.Lett.25,575(2000)】。并且该方法损伤阈值较低，不能实现在大能量下光谱滤波，只能使用在放大系统前端。而使用在放大系统最前端带来的影响巨大，会影响到整个激光系统后续各个环节。

特殊设计的镀膜反射镜【Opt.Lett.31,1145(2006)】则缺乏灵活性，需要针对性设计激光系统需要的反射率或者透射率函数。这增加了镀膜成本，同时需要准备多种不同镀膜函数的反射镜或者透射镜。

发明内容

本发明为了克服现有的光谱滤波装置中存在的能量损耗大、调节不方便、造价昂贵并且对环境条件要求苛刻的缺陷，提供一种基于偏振态编辑技术的滤波装置及方法。该光谱滤波装置利用晶体的旋光效应对种子光的偏振态进行编辑，并结合检偏器件生成滤波函数。装置具有滤波函数连续可调、损伤阈值高、滤波效率高、价格低廉以及调节方便等特点。

本发明通过如下技术方案实现：

一种基于光谱偏振态编辑技术的滤波装置及方法，其特点在于，包括：激光源、光隔离器、N个光谱偏振态编辑器(N≥1)和检偏器，所述的光谱偏振态编辑器由同轴的第一波片和第一旋光晶体构成。所述的滤波装置，沿着激光源出射光方向依次通过光隔离器、N个光谱偏振态编辑器和检偏器。所述的光谱偏振态编辑器包括沿光传输方向依次放置同轴的波片和旋光晶体。

每个第一波片的光轴同激光源出射种子光偏振方向的夹角以及引入相位延迟量分别为θ₁,…θ_N和φ₁…φ_N，每个旋光晶体的厚度L₁,…L_N。光谱偏振态编辑器对应的滤波函数F(λ)满足如下条件：

式中，I(λ)为激光源输出的种子光光谱，T(θ_j，φ_j)(j＝1,…,N)为第j个第一波片对应的琼斯矩阵，R(λ，L_j)(j＝1,…,N)第j个旋光晶体对应的琼斯矩阵。其中，