電移臺(tái)是飛秒激光延時(shí)實(shí)驗(yàn)中必不可少的元件,例如150mm行程的電移臺(tái)可以延時(shí)100萬(wàn)飛秒,具體實(shí)驗(yàn)原理圖如圖1所示,下面將重點(diǎn)討論電移臺(tái)的各個(gè)參數(shù)對(duì)飛秒激光實(shí)驗(yàn)的影響。
選用當(dāng)前國(guó)內(nèi)常用的方法,電移臺(tái)臺(tái)面上放置的是兩個(gè)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(tái)的各個(gè)精度指標(biāo)對(duì)光路的影響。
圖1中的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)是目前常用的一種結(jié)構(gòu),它通過(guò)改變光程來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí),下面就圖1中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
圖1:飛秒激光延時(shí)實(shí)驗(yàn)原理圖。
圖2:反射鏡在電移臺(tái)上的位置。
?。?)電移臺(tái)平行度對(duì)光路的影響:由于兩個(gè)鏡子相對(duì)于電移臺(tái)臺(tái)面是垂直的,因此絕對(duì)的平行度誤差在本光路中沒(méi)有影響,只是光束的入射點(diǎn)和反射點(diǎn)的變化,對(duì)光路本身沒(méi)有影響。
?。?)電移臺(tái)俯仰對(duì)光路的影響:當(dāng)臺(tái)面發(fā)生俯仰時(shí),會(huì)對(duì)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(zhǎng)影響越大,俯仰發(fā)生前后光路對(duì)比情況見(jiàn)圖3。
圖3(a):俯仰發(fā)生前(綠)后(紅)對(duì)照(俯視圖)。
圖3(b):俯仰發(fā)生前(綠)后(紅)光路對(duì)照(側(cè)視圖)。
?。?)電移臺(tái)直線度對(duì)光路的影響:直線度對(duì)光路的影響見(jiàn)圖4,主要會(huì)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(duì)來(lái)說(shuō)誤差較小的情況下,直線度對(duì)光路的影響可以忽略不計(jì)。
圖4:直線度發(fā)生變化前后光路對(duì)照。
?。?)電移臺(tái)偏擺對(duì)光路的影響:由于光束轉(zhuǎn)折器兩個(gè)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(méi)有變化,其原理圖見(jiàn)圖5。
圖5:偏擺發(fā)生前后對(duì)照。
前面我們討論了電移臺(tái)對(duì)兩個(gè)相互垂直鏡子的光路設(shè)計(jì)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(gè)相互垂直的鏡子(Retroreflector)來(lái)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(shí)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(tái)移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的偏擺和俯仰對(duì)光路造成的影響;但是卻引發(fā)了另外一個(gè)問(wèn)題:在用光速轉(zhuǎn)折器時(shí),電移臺(tái)平行度對(duì)光路沒(méi)有影響,但采用Retroreflector時(shí),電移臺(tái)平行度卻對(duì)光路產(chǎn)生了影響。Retroreflector光路圖見(jiàn)圖7。
圖7:Retrpreflector光路圖
采用Retroreflector后,消除了電移臺(tái)偏擺和俯仰對(duì)飛秒延時(shí)實(shí)驗(yàn)的影響。當(dāng)實(shí)驗(yàn)對(duì)電移臺(tái)的精度要求較低時(shí),即激光光斑直徑遠(yuǎn)大于電移臺(tái)平行度和直線度的情況下,電移臺(tái)的直線度產(chǎn)生的影響可以忽略不計(jì)。但是如果實(shí)驗(yàn)對(duì)電移臺(tái)的精度(平行度,直線度)要求較高時(shí),也即激光光斑直徑和電移臺(tái)的直線度、平行度相差不大時(shí),電移臺(tái)的直線度帶來(lái)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(duì)光路影響較大,故現(xiàn)有產(chǎn)品均為國(guó)外廠家生產(chǎn),成本較高,這也是制約我國(guó)實(shí)驗(yàn)研究采用此方法的因素之一。
(審核編輯: 智匯小新)
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