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電移臺在飛秒激光延時中的應用
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電移臺是飛秒激延時實驗中必不可少的元件,例如150mm行程的電移臺可以延時100萬飛秒,具體實驗原理圖如圖1所示,下面將重點討論電移臺的各個參數對飛秒激光實驗的影響。 圖1中的實驗結構是目前常用的一種結構,它通過改變光程來實現延時,下面就圖1中的結構進行分析。 圖1:飛秒激光延時實驗原理圖。選用當前國內常用的方法,電移臺臺面上放置的是兩個互相垂直的反射鏡(光束轉折器),如圖2所示。下面討論在這種結構中,電移臺的各個精度指標對光路的影響。 圖2:反射鏡在電移臺上的位置。(1)電移臺平行度對光路的影響:由于兩個鏡子相對于電移臺臺面是垂直的,因此絕對的平行度誤差在本光路中沒有影響,只是光束的入射點和反射點的變化,對光路本身沒有影響。 (2)電移臺俯仰對光路的影響:當臺面發生俯仰時,會對光路產生較大的影響,入射角和反射角都發生了變化,而且同樣的俯仰角度,光程越長影響越大,俯仰發生前后光路對比情況見圖3。 圖3(a):俯仰發生前(綠)后(紅)對照(俯視圖)。 圖3(b):俯仰發生前(綠)后(紅)光路對照(側視圖)。(3)電移臺直線度對光路的影響:直線度對光路的影響見圖4,主要會引起出射光的平移,但是如果激光光斑的直徑比較大,而直線度相對來說誤差較小的情況下,直線度對光路的影響可以忽略不計。 圖4:直線度發生變化前后光路對照。(4)電移臺偏擺對光路的影響:由于光束轉折器兩個反射鏡相互垂直,所以入射光和出射光在偏擺發生前后沒有變化,其原理圖見圖5。 圖5:偏擺發生前后對照。前面我們討論了電移臺對兩個相互垂直鏡子的光路設計方案的影響,得知主要偏差出現在俯仰發生的情況下。為了避免出現俯仰,可以采用三個相互垂直的鏡子(Retroreflector)來代替光束轉折器,圖6顯示了Retroreflector的外觀。 圖6: Retroreflector。由于飛秒延時采用這種Retrore-flector代替了之前所用的光束轉折器,基本消除了電移臺移動時產生的偏擺和俯仰對光路造成的影響;但是卻引發了另外一個問題:在用光速轉折器時,電移臺平行度對光路沒有影響,但采用Retroreflector時,電移臺平行度卻對光路產生了影響。Retroreflector光路圖見圖7。 圖7:Retrpreflector光路圖采用Retroreflector后,消除了電移臺偏擺和俯仰對飛秒延時實驗的影響。當實驗對電移臺的精度要求較低時,即激光光斑直徑遠大于電移臺平行度和直線度的情況下,電移臺的直線度產生的影響可以忽略不計。但是如果實驗對電移臺的精度(平行度,直線度)要求較高時,也即激光光斑直徑和電移臺的直線度、平行度相差不大時,電移臺的直線度帶來的影響則不能忽略。 此外,由于Retroreflector三面反射鏡之間相互的垂直度對光路影響較大,故現有產品均為國外廠家生產,成本較高,這也是制約我國實驗研究采用此方法的因素之一。

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