[发明专利]基于涡旋光的交叉偏振波产生装置和方法

权利要求书

1.一种基于涡旋光的交叉偏振波产生装置，其特征在于，包括：同轴依次放置的超快激光源(1)、啁啾镜对(2)、涡旋光调制器(3)、起偏器(4)、聚焦镜组(5)、非线性晶体对(6)、准直镜组(7)、检偏器(8)和涡旋光解调器(9)；整个装置工作在非真空状态下；

所述的涡旋光调制器(3)与涡旋光解调器(9)在结构上共轭；所述的涡旋光调制器(3)包括同轴沿光路依次放置的第一左旋λ/4波片(3-1)、第一涡旋半波片(3-2)和第一右旋λ/4波片(3-3)；所述的涡旋光解调器(9)包括同轴沿光路依次放置的第二右旋λ/4波片(9-1)、第二涡旋半波片(9-2)和第二左旋λ/4波片(9-3)；

所述的非线性晶体对(6)位于聚焦镜组(5)产生的焦点和准直镜组(7)之间；

所述的起偏器(4)的起偏方向和检偏器(8)的检偏方向相互垂直。

2.根据权利要求1所述的基于涡旋光的交叉偏振波产生装置，其特征在于，所述的第一左旋λ/4波片(3-1)、第一右旋λ/4波片(3-3)、第二右旋λ/4波片(9-1)和第二左旋λ/4波片(9-3)均为消色差λ/4波片。

3.根据权利要求1所述的基于涡旋光的交叉偏振波产生装置，其特征在于，所述的啁啾镜对(2)由第一啁啾镜(2-1)和第二啁啾镜(2-2)配对组成，入射角为5度，入射光和出射光位于同一水平高度，且光轴相互平行。

4.根据权利要求1所述的基于涡旋光的交叉偏振波产生装置，其特征在于，所述的聚焦镜组(5)采用反射结构或者透射结构，在反射结构中：光线以5度的入射角依次经过第一凹面镜(5-1)和第一凸面镜(5-2)，入射光和出射光位于同一水平高度，且光轴相互平行；在透射结构中：第一薄凸透镜(5-3)与光线同轴。

5.根据权利要求1所述的基于涡旋光的交叉偏振波产生装置，其特征在于，所述的准直镜组(7)采用反射结构或者透射结构，在反射结构中：光线以5度的入射角依次经过第二凸面镜(7-1)和第二凹面镜(7-2)，入射光和出射光位于同一水平高度，且光轴相互平行；在透射结构中：第二薄凸透镜(7-3)与光线同轴。

6.根据权利要求1所述的基于涡旋光的交叉偏振波产生装置，其特征在于，所述的非线性晶体对(6)由两块带有单面楔角的第一非线性晶体(6-1)和第二非线性晶体(6-2)配对组成，配对采用中心对称的方式，保证配对后沿着光轴方向的各个位置的非线性晶体总厚度一致。

7.根据权利要求1所述的基于涡旋光的交叉偏振波产生装置，其特征在于，所述的超快激光源(1)为锁模宽带飞秒脉冲激光器，输出线偏振基模高斯光，单脉冲能量达到毫焦量级，脉宽小于50飞秒。

8.利用权利要求1所述的基于涡旋光的交叉偏振波产生装置的交叉偏振波的产生方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

1)所述的超快激光源(1)输出的线偏振高斯光，通过啁啾镜对(2)预补偿二阶色散，再通过涡旋光调制器(3)变成线偏振涡旋光，之后依次经过起偏器(4)、聚焦镜组(5)，聚焦在非线性晶体对(6)上，产生高对比度的交叉偏振波，仍为涡旋光；经过准直镜组(7)准直后，经检偏器(8)滤出交叉偏振涡旋光，最后经涡旋光解调器(9)恢复成高斯光，以作为后续放大系统的高对比度种子光；

2)所述的啁啾镜对(2)的色散量是根据涡旋光调制器(3)、起偏器(4)和聚焦镜组(5)，以及从超快激光源(1)到非线性晶体对(6)之间光路中的空气引入的材料色散量总和来确定的：所述的啁啾镜对(2)的色散量C＝∑m_il_i，其中m_i表示单位长度的材料的二阶色散量，l_i表示光在材料内通过的距离，下标i表示光透过的材料类型；

3)所述的非线性晶体对(6)的摆放位置是根据输出光谱、光斑质量和能量(大小和稳定性)来确定的，具体地，使用CCD相机、光谱仪和能量计辅助观察，首先通过CCD相机找到所述的聚焦镜组(5)的焦点位置，然后在该位置后面数厘米处同轴放置第一非线性晶体(6-1)，绕着光轴转动第一非线性晶体(6-1)，直至交叉偏振波产生效应最强，再向后慢慢移动第一非线性晶体(6-1)，找到光谱、光斑质量和能量三者都最佳的位置，将第一非线性晶体(6-1)固定在该位置；然后在该位置后面数厘米处同轴放置第二非线性晶体(6-2)，并绕着光轴转动第二非线性晶体(6-2)使之和第一非线性晶体(6-1)配对，再向后慢慢移动第二非线性晶体(6-2)，找到光谱、光斑质量和能量三者都最佳的位置，将第二非线性晶体(6-2)固定在该位置；

4)所述的超快激光源(1)输出的线偏振高斯光的能量可以达到毫焦量级，该装置输出高对比度交叉偏振波的能量可达到百微焦量级。