电移台在飞秒激光延时中的应用

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电移台是飞秒激延时实验中必不可少的元件，例如150mm行程的电移台可以延时100万飞秒，具体实验原理图如图1所示，下面将重点讨论电移台的各个参数对飞秒激光实验的影响。 图1中的实验结构是目前常用的一种结构，它通过改变光程来实现延时，下面就图1中的结构进行分析。 图1：飞秒激光延时实验原理图。选用当前国内常用的方法，电移台台面上放置的是两个互相垂直的反射镜（光束转折器），如图2所示。下面讨论在这种结构中，电移台的各个精度指标对光路的影响。 图2：反射镜在电移台上的位置。（1）电移台平行度对光路的影响：由于两个镜子相对于电移台台面是垂直的，因此绝对的平行度误差在本光路中没有影响，只是光束的入射点和反射点的变化，对光路本身没有影响。 （2）电移台俯仰对光路的影响：当台面发生俯仰时，会对光路产生较大的影响，入射角和反射角都发生了变化，而且同样的俯仰角度，光程越长影响越大，俯仰发生前后光路对比情况见图3。 图3（a）：俯仰发生前(绿)后(红)对照（俯视图）。 图3（b）：俯仰发生前(绿)后(红)光路对照（侧视图）。（3）电移台直线度对光路的影响：直线度对光路的影响见图4，主要会引起出射光的平移，但是如果激光光斑的直径比较大，而直线度相对来说误差较小的情况下，直线度对光路的影响可以忽略不计。 图4：直线度发生变化前后光路对照。（4）电移台偏摆对光路的影响：由于光束转折器两个反射镜相互垂直，所以入射光和出射光在偏摆发生前后没有变化，其原理图见图5。 图5：偏摆发生前后对照。前面我们讨论了电移台对两个相互垂直镜子的光路设计方案的影响，得知主要偏差出现在俯仰发生的情况下。为了避免出现俯仰，可以采用三个相互垂直的镜子（Retroreflector）来代替光束转折器，图6显示了Retroreflector的外观。 图6： Retroreflector。由于飞秒延时采用这种Retrore-flector代替了之前所用的光束转折器，基本消除了电移台移动时产生的偏摆和俯仰对光路造成的影响；但是却引发了另外一个问题：在用光速转折器时，电移台平行度对光路没有影响，但采用Retroreflector时，电移台平行度却对光路产生了影响。Retroreflector光路图见图7。 图7:Retrpreflector光路图采用Retroreflector后，消除了电移台偏摆和俯仰对飞秒延时实验的影响。当实验对电移台的精度要求较低时，即激光光斑直径远大于电移台平行度和直线度的情况下，电移台的直线度产生的影响可以忽略不计。但是如果实验对电移台的精度（平行度，直线度）要求较高时，也即激光光斑直径和电移台的直线度、平行度相差不大时，电移台的直线度带来的影响则不能忽略。 此外，由于Retroreflector三面反射镜之间相互的垂直度对光路影响较大，故现有产品均为国外厂家生产，成本较高，这也是制约我国实验研究采用此方法的因素之一。