電移臺是飛秒激光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(shù)對飛秒激光實驗的影響。
選用當(dāng)前國內(nèi)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(zhuǎn)折器),如圖2所示。下面討論在這種結(jié)構(gòu)中,電移臺的各個精度指標(biāo)對光路的影響。
圖1中的實驗結(jié)構(gòu)是目前常用的一種結(jié)構(gòu),它通過改變光程來實現(xiàn)延時,下面就圖1中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
圖1:飛秒激光延時實驗原理圖。
圖2:反射鏡在電移臺上的位置。
?。?)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。
?。?)電移臺俯仰對光路的影響:當(dāng)臺面發(fā)生俯仰時,會對光路產(chǎn)生較大的影響,入射角和反射角都發(fā)生了變化,而且同樣的俯仰角度,光程越長影響越大,俯仰發(fā)生前后光路對比情況見圖3。
圖3(a):俯仰發(fā)生前(綠)后(紅)對照(俯視圖)。
圖3(b):俯仰發(fā)生前(綠)后(紅)光路對照(側(cè)視圖)。
?。?)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(fā)生變化前后光路對照。
?。?)電移臺偏擺對光路的影響:由于光束轉(zhuǎn)折器兩個反射鏡相互垂直,所以入射光和出射光在偏擺發(fā)生前后沒有變化,其原理圖見圖5。
圖5:偏擺發(fā)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(shè)計方案的影響,得知主要偏差出現(xiàn)在俯仰發(fā)生的情況下。為了避免出現(xiàn)俯仰,可以采用三個相互垂直的鏡子(Retroreflector)來代替光束轉(zhuǎn)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(zhuǎn)折器,基本消除了電移臺移動時產(chǎn)生的偏擺和俯仰對光路造成的影響;但是卻引發(fā)了另外一個問題:在用光速轉(zhuǎn)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(chǎn)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(dāng)實驗對電移臺的精度要求較低時,即激光光斑直徑遠(yuǎn)大于電移臺平行度和直線度的情況下,電移臺的直線度產(chǎn)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(xiàn)有產(chǎn)品均為國外廠家生產(chǎn),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。
(審核編輯: 智匯小新)
分享