科研計算器 | 脈沖壓縮光柵對色散及尺寸計算
引言：
在現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)中，脈沖激光器因其超短脈沖寬度和高峰值功率，廣泛應(yīng)用于材料加工、醫(yī)學(xué)成像及基礎(chǔ)科研等領(lǐng)域。為了優(yōu)化激光性能，脈沖的展寬與壓縮是關(guān)
鍵步驟，其光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計涉及色散量、利特羅角、光柵間距及尺寸等多項復(fù)雜計算。傳統(tǒng)手工計算不僅耗時費力，還易產(chǎn)生誤差，影響設(shè)計效率和精度。
為此，波量科技推出了一系列專業(yè)科學(xué)計算器，專為脈沖展寬壓縮系統(tǒng)設(shè)計而優(yōu)化。這些計算器涵蓋了色散量計算、利特羅角測算、光柵間距及尺寸設(shè)計等關(guān)鍵環(huán)
節(jié)，簡化了復(fù)雜的計算流程。憑借直觀的界面和高效的計算引擎，用戶能夠快速準(zhǔn)確地獲取所需參數(shù)，顯著提升設(shè)計效率，確保系統(tǒng)性能的最優(yōu)化。
考慮脈沖展寬壓縮的光學(xué)實現(xiàn)手段，主要涉及以下部分的計算
1、根據(jù)脈寬變化情況計算需要引入的色散量
2、根據(jù)光柵的刻線密度和波長計算得到利特羅角， 入射角=利特羅角時，衍射效率最高
3、根據(jù)色散量和入射角計算光柵間距
4、根據(jù)入射角和光柵間距計算兩片光柵的最小尺寸
舉例說明：
波長800nm的鈦寶石激光器，平均功率4W，單脈沖能量50uJ，脈寬在200fs左右，希望能展寬到100ps量級
運用科研計算器：
1.超短激光脈沖的展寬（點擊跳轉(zhuǎn)使用）：
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得到所需二階色散量為720W fs²。 |
2.光柵的衍射角和Littrow角計算（點擊跳轉(zhuǎn)使用）：
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刻線密度（來自產(chǎn)品信息），波長，計算利特羅角（利特羅角：指當(dāng)光波通 過一個具有給定數(shù)目的光柵單元時，其傳播方向與其在第一條光柵線與最后 一條光柵線之間的夾角。） 選用刻線密度為1380的光柵，波長800nm，以入射角30°為例。 |
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計算得到利特羅角為33.5°左右。 |
但當(dāng)入射角等于利特羅角時，以此角度作為入射角時衍射效率最高。 |
3.光柵對壓縮器的時間色散（點擊跳轉(zhuǎn)使用）：
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使用1中計算的二階色散和2中計算的入射角。 |
 計算得到所需的光柵間距為1200mm左右。 |
4.脈沖壓縮器中光柵尺寸計算（點擊跳轉(zhuǎn)使用）：
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使用2中計算的入射角和3中計算的光柵間距，光束直徑設(shè)為3.5mm，邊緣保護區(qū)范圍 設(shè)為2mm，波長范圍設(shè)790-810nm。 |
 計算得到D1=8.2mm，D2=65.4mm。 |
最終選取光柵信息如圖：
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D1對應(yīng)光柵
型號：Gitterwerk 1385_10x8_6.35_X 1.中心波長Wavelength：800nm 2.通光孔徑Clear aperture：10x8mm 3.周期Grating Period：725nm 4.刻線密度Grating Period：1379.3 l/mm 5.光柵尺寸Size：12mm*10mm*6.35mm 6.入射偏振Pol.：TE (s-pol) 7.衍射效率Measured Efficiency：≥99.0% |
D2對應(yīng)光柵
型號：Gitterwerk 1385_128x13_3_H 1.中心波長Wavelength：800nm 2.通光孔徑Clear aperture：128x13mm 3.周期Grating Period：725nm 4.刻線密度Grating Period：1379.3 l/mm 5.光柵尺寸Size：130mm*15mm*3mm 6.入射偏振Pol.：TE (s-pol) 7.衍射效率Measured Efficiency：≥98.5% |
計算器的使用方法：
為了最終達到兩塊光柵平行的之目的，首先要保證每一塊光柵面垂直于某一基準(zhǔn)平面，一般情況下選擇光學(xué)平臺面，或者使用標(biāo)線儀確定一個基準(zhǔn)水平面。本文作者
覺得最方便的就是使用標(biāo)線儀?；鶞?zhǔn)光源可以利用標(biāo)線儀或待壓縮激光，初步調(diào)試也可以采用連續(xù)半導(dǎo)體光源。
（1）首先設(shè)定入射激光嚴格準(zhǔn)直水平入射到光柵平面上，這個水平的設(shè)置可以使用標(biāo)線儀的水平線。
（2）將入射光以一定角度入射到光柵上，確?？梢酝瑫r觀察到0級反射光和-1級衍射光（如果用紅光的標(biāo)線儀，通常不是光柵鍍膜設(shè)計波長，可以明顯觀察到反射
光），分別利用俯仰調(diào)節(jié)旋鈕和光柵面內(nèi)調(diào)平旋鈕將反射光和-1級衍射光調(diào)至與入射光同高，即圖2側(cè)視圖中的α和β都為0°。這表明光柵面和光柵的刻線方向均垂直
于入射光的水平面（主平面）。如果反射光微弱，可輔助使用紅外卡片或者夜視儀。為保證精確性，建議在盡可能遠的位置觀察返回光高度。
尋找Littrow角：
（1）該步驟需要同時將標(biāo)線儀的十字線即水平線和鉛垂線照射到光柵上。在第一步的基礎(chǔ)上，在-1級衍射光方向上放置一塊0°反射鏡（通?？捎勉y鏡）將-1級的光
調(diào)至原路返回。根據(jù)光線可逆原理，當(dāng)返回光的-1級衍射光的水平線和鉛垂線同時與入射光重合時即確保了光線原路返回。
（2）此時通過以光柵刻線方向為軸旋轉(zhuǎn)光柵，調(diào)整入射光線與光柵的夾角，配合調(diào)整0°反射鏡的位置和角度，時刻確保返回光原路返回的同時，使得返回光的0級
透射光與入射光的0級反射光重合——即入射光的-1級衍射光的反向延長線與入射光的0級反射光重合。此時就是我們需要的Littrow角！
光柵對平行的調(diào)節(jié)：
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圖3 壓縮器中基于Littrow角的光柵對的平行調(diào)節(jié) |
（1） 在以上步驟的基礎(chǔ)上，確保標(biāo)線儀和光柵G1的位置不動， 然后拆掉0度反射鏡并安裝第二塊光柵G2，盡可能的使G2與G1 平行。 （2） 在G2后面再次裝入0度反射鏡，并按照第二步驟中的（1） 調(diào)節(jié)光線原路返回。然后調(diào)節(jié)G2的水平旋轉(zhuǎn)旋鈕，使得G2返回 光的0級透射光與入射光的0級反射光的鉛垂線重合——即G1與 G2“平行”。（注意：由于G2的俯仰調(diào)節(jié)與0度反射鏡俯仰調(diào)節(jié)干 涉，此時G2的俯仰角度和面內(nèi)平行并未確定）。 （3） 將標(biāo)線儀移開一定角度和位置，使其避開G1直接照射到G2 上并根據(jù)步驟1完成G2的俯仰和面內(nèi)水平調(diào)節(jié)。此時便完成了透 射光柵對平行的全部調(diào)節(jié)。 |
如您在計算器的使用過程中發(fā)現(xiàn)有任何問題或錯誤，請及時與我們聯(lián)系，我們將及時修改，并且為感謝您的信任與監(jiān)督，我們特意為您準(zhǔn)備了一份“監(jiān)督獎勵”，如
有其他需要我們補充添加的也歡迎聯(lián)系我們，我們非常榮幸可以為各位的科研經(jīng)歷提供些許便利?？蒲兄?，道阻且長，預(yù)祝各位專家學(xué)者科研順利，早出成果！
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