本發(fā)明屬于激光脈沖整形，具體涉及一種超短激光脈沖按波長分束裝置及方法。
背景技術(shù)：
1、超短激光脈沖（脈寬飛秒至皮秒量級）憑借其極短的時域特性、超高峰值功率（tw量級）和寬光譜范圍（40~100?nm），已成為物理、化學(xué)、生物及工業(yè)領(lǐng)域的核心工具。其寬光譜特性源于時域-頻域的傅里葉變換耦合效應(yīng)，在超快動力學(xué)探測、非線性光譜學(xué)及亞微米級精密微加工中具有不可替代性。為實現(xiàn)對脈沖頻譜成分的精確操控，分束技術(shù)尤為重要，例如在高光譜成像中分離波長信息，或在多參量泵浦-探測實驗中避免光路干擾，這些應(yīng)用均需通過波長分束實現(xiàn)多通道獨立調(diào)控。
2、對于超短激光脈沖的分束操作，一般情況下使用分束器，可以進(jìn)行偏振分束和非偏振分束等，但在很多應(yīng)用場景中，超短激光脈沖的光譜信息對于精確控制激光的性質(zhì)非常重要。按波長分束的技術(shù)，能夠精確分離出不同頻率的成分，以便于進(jìn)行多通道激光操作，在超快光學(xué)成像、高光譜相機等領(lǐng)域均有應(yīng)用。
3、目前，傳統(tǒng)波長分束技術(shù)依賴光柵色散結(jié)合定制化光學(xué)元件（如潛望鏡陣列或剪切鏡），但存在顯著局限性：定制元件加工復(fù)雜、成本高昂，且易引入群速度色散失配；固定光路難以動態(tài)調(diào)節(jié)分束比例，靈活性不足；多級反射導(dǎo)致能量損耗超30%，制約高功率場景應(yīng)用。這些問題嚴(yán)重限制了超短脈沖在可調(diào)諧光學(xué)系統(tǒng)、相干合成裝置等前沿領(lǐng)域的實用化進(jìn)展。因此，需要一種使用常規(guī)光學(xué)元件且結(jié)構(gòu)簡單的技術(shù)，可以將超短激光脈沖按波長在空間中分束。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種超短激光脈沖按波長分束裝置及方法，采用常規(guī)光學(xué)元件即可實現(xiàn)超短激光脈沖按波長分束，結(jié)構(gòu)簡單，靈活度極高，能量損耗低，且不會引入群速度色散失配。
2、本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：
3、第一方面，提供一種超短激光脈沖按波長分束裝置，包括沿光路依次排列的：
4、超短脈沖激光器，用于產(chǎn)生超短激光脈沖；
5、第一光柵，用于將超短激光脈沖空間色散為多束不同波長的光；
6、第一凸透鏡，用于將多束不同波長的光按照平行趨勢傳播；
7、第一凸透鏡陣列，用于將平行趨勢傳播的光按照波長分為多個區(qū)域，并將每個區(qū)域的光匯聚至第二光柵；
8、第二光柵，用于將多束匯聚光轉(zhuǎn)化為光譜范圍不同的多束平行光脈沖；
9、第二凸透鏡，用于將多束平行光脈沖按照平行趨勢傳播；
10、出射元件，用于將平行趨勢傳播的多束平行光脈沖出射，在空間中實現(xiàn)分束。
11、進(jìn)一步的，所述第一光柵和第二光柵的刻線密度相同。
12、進(jìn)一步的，所述第一光柵和第一凸透鏡之間的距離與所述第一凸透鏡的焦距相同。
13、進(jìn)一步的，所述第一凸透鏡陣列由1*n排列的多個第一子透鏡構(gòu)成，其中n為第一子透鏡的數(shù)量；所述第一子透鏡的焦距與所述第一凸透鏡的焦距相同。
14、進(jìn)一步的，所述第一凸透鏡陣列與第一凸透鏡之間的距離為所述第一凸透鏡焦距的2倍。
15、進(jìn)一步的，所述第二凸透鏡的焦距大于所述第一凸透鏡的焦距，所述第二凸透鏡與第二光柵之間的距離為第二凸透鏡焦距與第一凸透鏡焦距之差。
16、進(jìn)一步的，所述出射元件為第二凸透鏡陣列，用于將平行趨勢傳播的多束平行光脈沖平行出射，在空間中實現(xiàn)分束；
17、所述第二凸透鏡陣列由1*n排列的多個第二子透鏡構(gòu)成，其中n為第二子透鏡的數(shù)量，且n=n；
18、和/或，所述第二子透鏡的焦距與所述第二凸透鏡的焦距相同；
19、和/或，所述第二凸透鏡陣列與第二凸透鏡之間的距離為第二凸透鏡焦距的2倍。
20、進(jìn)一步的，所述出射元件為第三凸透鏡，用于將平行趨勢傳播的多束平行光脈沖以相應(yīng)的角度匯聚于第三凸透鏡的后焦平面，然后繼續(xù)發(fā)散出射，在空間中實現(xiàn)分束；
21、所述第三凸透鏡的焦距與第二凸透鏡的焦距相同；
22、和/或，所述第三凸透鏡與第二凸透鏡之間的距離為第二凸透鏡焦距的2倍。
23、第二方面，提供一種超短激光脈沖按波長分束方法，包括以下步驟：
24、將超短脈沖激光器產(chǎn)生的超短激光脈沖入射至第一光柵，第一光柵將超短激光脈沖空間色散為多束不同波長的光；
25、將多束不同波長的光經(jīng)過第一凸透鏡，使其按照平行趨勢傳播；
26、將平行趨勢傳播的光經(jīng)過第一凸透鏡陣列，使其按照波長分為多個區(qū)域，每個區(qū)域的光匯聚至第二光柵，第二光柵將多束匯聚光轉(zhuǎn)化為光譜范圍不同的多束平行光脈沖，并按照相應(yīng)的衍射角繼續(xù)傳播；
27、將多束平行光脈沖經(jīng)過第二凸透鏡，使其按照平行趨勢傳播；
28、將平行趨勢傳播的多束平行光脈沖經(jīng)過出射元件出射，在空間中實現(xiàn)分束。
29、進(jìn)一步的，所述將平行趨勢傳播的多束平行光脈沖經(jīng)過出射元件出射，包括：
30、將平行趨勢傳播的多束平行光脈沖通過第二凸透鏡陣列平行出射；
31、或者，將平行趨勢傳播的多束平行光脈沖通過第三凸透鏡，使其以相應(yīng)的角度匯聚于第三凸透鏡的后焦平面，然后繼續(xù)發(fā)散出射。
32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
33、本發(fā)明提供的超短激光脈沖按波長分束裝置及方法，通過第一光柵將超短激光脈沖空間色散為多束不同波長的光，通過第一凸透鏡使光按照平行趨勢傳播，通過第一凸透鏡陣列使光按照波長分為多個區(qū)域，每個區(qū)域的光匯聚至第二光柵，通過第二光柵將多束匯聚光轉(zhuǎn)化為光譜范圍不同的多束平行光脈沖，通過第二凸透鏡使平行光脈沖按照平行趨勢傳播，最后通過出射元件出射，在空間中實現(xiàn)分束；所用元件均為常規(guī)光學(xué)元件，結(jié)構(gòu)簡單，靈活度極高，能量損耗低，且不會引入群速度色散失配；可以適用于超快成像系統(tǒng)、多光譜檢測、高光譜相機等多個領(lǐng)域，具有很大的應(yīng)用潛力。
1.一種超短激光脈沖按波長分束裝置，其特征在于，包括沿光路依次排列的：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短激光脈沖按波長分束裝置，其特征在于，所述第一光柵和第二光柵的刻線密度相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短激光脈沖按波長分束裝置，其特征在于，所述第一光柵和第一凸透鏡之間的距離與所述第一凸透鏡的焦距相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短激光脈沖按波長分束裝置，其特征在于，所述第一凸透鏡陣列由1*n排列的多個第一子透鏡構(gòu)成，其中n為第一子透鏡的數(shù)量；所述第一子透鏡的焦距與所述第一凸透鏡的焦距相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短激光脈沖按波長分束裝置，其特征在于，所述第一凸透鏡陣列與第一凸透鏡之間的距離為所述第一凸透鏡焦距的2倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短激光脈沖按波長分束裝置，其特征在于，所述第二凸透鏡的焦距大于所述第一凸透鏡的焦距，所述第二凸透鏡與第二光柵之間的距離為第二凸透鏡焦距與第一凸透鏡焦距之差。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超短激光脈沖按波長分束裝置，其特征在于，所述出射元件為第二凸透鏡陣列，用于將平行趨勢傳播的多束平行光脈沖平行出射，在空間中實現(xiàn)分束；
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短激光脈沖按波長分束裝置，其特征在于，所述出射元件為第三凸透鏡，用于將平行趨勢傳播的多束平行光脈沖以相應(yīng)的角度匯聚于第三凸透鏡的后焦平面，然后繼續(xù)發(fā)散出射，在空間中實現(xiàn)分束；
9.一種超短激光脈沖按波長分束方法，其特征在于，包括以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超短激光脈沖按波長分束方法，其特征在于，所述將平行趨勢傳播的多束平行光脈沖經(jīng)過出射元件出射，包括：