[发明专利]用于在时间上拉伸/压缩光学脉冲的空间啁啾腔室

说明书

本发明涉及用于在时间上拉伸/压缩光学脉冲的空间啁啾腔室。提供了用于时间上的光学脉冲拉伸或压缩的系统和方法。本发明的装置可以操作为用于时间上的光学脉冲拉伸或压缩以及空间上的激光扫描的光学色散元件。装置可以包括：空间色散器（2），布置为将准直光学脉冲射束分为具有相等间距角度的小射束的小射束阵列；射束成形器（3），配置为控制小射束阵列的展开角度；以及腔室（4），顺序地反射小射束阵列内的各个小射束。腔室（4）可以包括两个非平行表面，诸如两个非平行镜子。

本申请为分案申请，其母案的发明名称为“用于在时间上拉伸/压缩光学脉冲的空间啁啾腔室”，申请日为2015年8月12日，申请号为201580078532.X。

对相关申请的交叉引用

本申请要求2015年3月31日提交的美国临时申请序列号62/140,938的优先权，该美国临时申请以其整体通过引用并入本文。

背景技术

脉冲拉伸和压缩在许多应用中是有用的。实现高效的脉冲拉伸/压缩的最常见技术之一是使用长色散光学纤维，在该长色散光学纤维内引导和传播光脉冲。使用光学纤维实现该任务的关键属性是光学纤维（典型地，石英玻璃）的色散，其中不同频率分量经历不同的折射率并且实际上以不同速度沿纤维行进。它因而使脉冲内的不同频率分量在时间上分离，即，脉冲拉伸。色散元件还可以用作光学脉冲的压缩器，其中可以将时间上展开的光学脉冲重新压缩为满足所要求的应用的脉冲。例如，可以完成这一点以便避免超短脉冲的过度时间加宽，其可能引起信号在远程通信中以及在光学显微术/成像中的失真。

尽管光学纤维已经被很好地认为是最常规的（用于脉冲拉伸/压缩的）色散元件之一，但是它们具有限制，所述限制已经妨碍了光学纤维在更宽范围的应用中的利用。脉冲拉伸/压缩的可允许操作波长范围受光学纤维的材料（更具体地，光学损耗）所约束。因为常见光学纤维由石英玻璃制成，所以针对从1μm到1.5μm的近红外频谱窗口来优化光学损耗以及因此的高效的脉冲拉伸/压缩。这意味着可以在其上执行光学拉伸/压缩的光学脉冲的波长强烈地取决于光学纤维的材料损耗，这最终限制着操作波长范围。

而且，在光学纤维中，脉冲拉伸/压缩不能主动地或者动态地可调谐。使用光学纤维的脉冲拉伸/压缩的量受光学脉冲经历的色散所支配。总色散与纤维长度成正比例，一旦制造了纤维，纤维长度通常是固定的，并且不可灵活地（且宽泛围地）调节。

此外，由光学脉冲在光学纤维中累积的群时延色散（GDD）有限，并且时间拉伸量还取决于脉冲的光学带宽。后果是需要长纤维（约数十km的标准远程通信纤维）以便得到用于高效脉冲拉伸/压缩的足够GDD。从设计角度来看，使用光学纤维用于脉冲拉伸/压缩在空间上是低效的。

此外，伴随现有设备中的所有材料的光学非线性是不可避免的并且对于脉冲拉伸/压缩是不利的。尤其是在光学纤维中，光学脉冲不仅经历线性色散（即，在每一个频率处恒定的折射率），而且还有非线性效应，其中折射率取决于光学脉冲包络的功率分布。光学脉冲以及因此所编码的信息最终在拉伸/压缩过程期间失真。

另一方面，脉冲拉伸已经与执行时间向空间映射的技术一起使用以便实现光学射束扫描或转向。该方案允许需要机械移动部件（诸如扫描镜）的光学射束扫描，并且因而绕过（由惯性限制的）基本速度限制，以及这样的基于机械射束的扫描仪的运动伪差。激光射束扫描的应用已经广泛地覆盖条形码扫描、生物医学成像、材料科学研究、激光射束加工和消融、以及制造产业中的自动化表面检查（包括超大规模（VLSI）产业中的半导体集成电路（IC）芯片制造）。在这些应用中，光学射束扫描通过使用光学元件在空间上使射束偏转而完成。常见选择包括检流计镜和声光偏转器。