离轴抛物面聚焦镜的安装调试方法 【技术领域】
本发明属于超短脉冲激光领域，具体涉及一种高功率超短脉冲激光聚焦用的离轴抛物面聚焦镜的安装调试方法。
背景技术
在高能量、高功率激光脉冲装置中，需将光束聚焦以使焦点处形成极强的光场，产生极端的物理实验条件。对于较长脉冲、较低功率的窄带激光一般采用球面或非球面透镜聚焦，而对于宽频带超短、超强脉冲激光，为避免色差及非线性效应，往往采用抛物面镜聚焦镜进行聚焦，同时为了便于监测又往往采用离轴式抛物面镜聚焦，但离轴抛物面聚焦镜不象一般用的透镜那样容易调节，因为透镜一类的聚焦元件具有旋转对称的特征，而离轴抛物面聚焦镜则没有旋转对称轴，只有一个镜像对称面，因此对安装调试有特殊的要求。采用普通的透镜式聚焦元件调整方法往往得不到好的聚焦效果，也未见到有离轴抛物面镜聚焦镜安装调试技术的公开报道。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种离轴抛物面聚焦镜地安装、调试方法，可以方便地对离轴抛物面聚焦镜进行安装调试，使激光焦斑的形状及大小达到最圆和最小状态。
本发明的一种离轴抛物面聚焦镜的安装、调试方法依次按以下步骤进行：
1)将离轴抛物面聚焦镜竖直放置于一个水平放置的平面镜上，离轴抛物面聚焦镜的厚边紧贴平面镜。
2)待离轴抛物面聚焦镜达到平衡后，在离轴抛物面聚焦镜和平面镜面的接触部位作一标记。
3)将做有标记的离轴抛物面聚焦镜置于镜架内，使标记点与镜架的一个调整轴重合，镜架有水平方向和竖直方向两个互相垂直的调整轴。
4)将步骤3)中装好离轴抛物面聚焦镜的镜架放入光路中，使入射光投射到离轴抛物面聚焦镜的中心。
5)在光束焦点前后一定距离的地方放置一观察屏。
6)将步骤3)中所述的与标记点重合的镜架调节轴设为X轴，调节镜架使离轴抛物镜绕X轴旋转，使观察屏上的光斑形状以X方向为对称轴对称。
7)将与X轴垂直的轴设为Y轴，调节镜架使离轴抛物聚焦镜绕Y轴旋转，使观察屏上的光斑形状变小、变圆。
8)将成像物镜置于光路中，焦点位于成像物镜的一倍焦距至二倍焦距之间，移动观察屏至适当位置，使放大后的焦点像成于观察屏上。
9)采用与步骤6)、7)相同的方法，使观察屏上的焦点像变小、变圆。
10)将面阵CCD置于焦点对成像物镜所成的像点处，衰减入射激光的强度至纳焦量级，使焦点像清楚地成像在面阵CCD上，通过观察CCD采到的图像，采用与步骤6)、7)相同的方法精调离轴抛物镜，使焦点像变得最小、最圆。
本发明中步骤5)中所述的焦点前后一定距离为1～5厘米。
本发明离轴抛物面聚焦镜安装调试方法通过重力法确定离轴抛物面聚焦镜的对称轴，并结合粗调及成像物镜与面阵CCD精调的方法调整离轴抛物面聚焦镜的状态，使宽频超短脉冲激光的焦斑聚到很好的状态。本发明需要的辅助设备少，便于实施。在低于100飞秒、数百太瓦级、能量在10焦耳左右的超短脉冲激光系统中，采用本发明的方法可以得到同类技术的最好效果。
【附图说明】
图1为本发明的离轴抛物面聚焦镜的安装调试方法中步骤1和步骤2的部件设置示意图
图2(a)为本发明的安装过程中的部件安装示意图
图2(b)为本发明的安装过程中的部件安装示意图
图3为本发明中的离轴抛物聚焦镜调试所用器件排布结构示意图
图4为本发明的安装调试方法的实施效果图
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步说明：
一、离轴抛物面聚焦镜的安装
如图1所示，采用重力作用法确定离轴抛物面聚焦镜1的对称轴，把离轴抛物面聚焦镜1竖直放置于水平放置的平面镜2上，离轴抛物面聚焦镜1的厚边紧贴平面镜2，待离轴抛物面聚焦镜1达到平衡后，在离轴抛物面聚焦镜1和平面镜2的接触部位作一标记点3。可以知道，对称轴沿竖直方向通过接触部位。重复三次，以检验标记点3的准确度。
定好离轴抛物面聚焦镜1的对称轴后，将其安装到镜架4上，使标记点3与镜架4的一个调整轴重合，设为X轴，如图2(a)和图2(b)所示。
二、离轴抛物面聚焦镜的调试
第一步：先不放置成像物镜7和面阵CCD9，按图3所示的器件排布结构示意图设置好光路。
第二步：入射光经导光镜6导向离轴抛物面聚焦镜1的中心。
第三步：在光束焦点前后2厘米的地方放置一观察屏8，观察屏8采用竖直放置的不透光的白纸板，调节镜架4使离轴抛物面聚焦镜1绕X轴旋转，使观察屏8上的光斑形状以X方向为对称轴对称。
第四步：将与X轴垂直的调整轴设为Y轴，调节镜架4使离轴抛物面聚焦镜1绕Y轴旋转，使观察屏8上的光斑形状变圆、变小，实现初步调整。
第五步：把成像物镜7放置到光路中，焦点位于成像物镜7的一倍焦距至二倍焦距之间，使焦点得到放大，便于观察；将观察屏8置于放大后的焦点像处。通过观察焦点像进一步调整离轴抛物面聚焦镜1的角度，调整方式与第三、四步相同，使观察屏8上的焦点像变小、变圆。
第六步：精调离轴抛物聚焦镜1，将面阵CCD9置于焦点放大后的像点处，在前端光路中加入中性衰减片，衰减入射激光的强度至纳焦量级，调节成像物镜7的前后位置，使焦点清晰地成像于面阵CCD9上，通过观察面阵CCD9采集到的焦点像的形状和大小来精确调整离轴抛物面聚焦镜1，调整方法同第三、四步相同。反复调整，直至焦点像最好为止，将离轴抛物面聚焦镜1固定。
三、调试结果
将上述安装调试方法应用于SILEX-I激光装置中，超短脉冲激光的中心波长为800nm、谱宽30nm、光束口径100mm，离轴抛物面镜聚焦的焦距为420mm、口径为140mm，得到了图4所示的焦斑，焦斑的半高宽为8.5μm。
本发明的离轴抛物面聚焦镜安装调试方法还可应用于其它种类的激光装置中，诸如纳秒级或更长激光脉冲的装置中。