一种空间周期连续可调的激光瞬态光栅系统技术方案

本发明专利技术公开了一种空间周期连续可调的激光瞬态光栅系统，包括激发激光束，掩膜光栅，滤光装置和连续变焦成像装置。运用本发明专利技术所述的一种空间周期连续可调的激光瞬态光栅系统，可在保持所述样品位置不动的情况下，通过调节所有所述第一透镜之间的距离，实现该系统成像倍率的连续变化，即在所述样品上实现空间周期连续可调的激光瞬态光栅，满足一些应用领域中对瞬态光栅的周期进行精细的连续微调控制的需求，该系统结构简单，使用方便，效果良好。

A Laser Transient Grating System with Continuously Adjustable Space Period

The invention discloses a laser transient grating system with continuously adjustable spatial period, which comprises an excitation laser beam, a mask grating, a filter device and a continuous zoom imaging device. By using the laser transient grating system with continuously adjustable spatial period, the continuous change of the imaging rate of the system can be realized by adjusting the distance between all the first lenses while the position of the sample remains unchanged. That is to say, the laser transient grating with continuously adjustable spatial period can be realized on the sample to meet the requirements of transient light in some application fields. The system is simple in structure, easy to use and good in effect.

【技术实现步骤摘要】
一种空间周期连续可调的激光瞬态光栅系统
本专利技术涉及激光泵浦探测领域，特别涉及一种空间周期连续可调的激光瞬态光栅系统。
技术介绍
激光激发产生的瞬态光栅技术是一项时间分辨技术，两束相互交叉的激光脉冲在样品中产生干涉形成一个空间周期性的激发，可通过其对探测光的衍射来观察其动态变化；当前，瞬态光栅光谱技术已经应用到了很广泛的领域，例如，声波传播、声子极化、热传递、分子扩散、半导体载流子和自旋动力学、电荷密度波以及蛋白质的动力学行为等研究领域。目前，绝大多数瞬态光栅装置都是利用一块光栅具有较高衍射效率的一阶衍射来产生一对激发激光束，利用衍射光栅可以实现稳定的光学外差探测；最常用的外差瞬态光栅，通过一块相位掩膜光栅将激发光分为激发激光束对，将探测光分为探测激光束和参考光束，这些光束通过一个4f系统后在样品中再次重合，探测光在样品中通过由泵浦激光激发的瞬态光栅而产生的衍射光与从样品中透过的参考光束同轴共线，从而使外差探测得以实现，探测光和参考光之间的相位差可以通过调节探测光光路中置入的玻璃片倾斜角度来控制。尽管可以通过更换不同频率的掩膜光栅来激发出不同频率的瞬态光栅，然而在一些应用中需要对瞬态光栅的周期进行精细的控制，例如，在声学测量中，希望能够在声子晶体布里渊区边界处进行连续精确的选模激发，或者探寻声学超材料的窄共振。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的现有激光瞬态光栅系统可以通过更换不同频率的掩膜光栅来激发出不同频率的瞬态光栅，但是无法满足一些应用领域中需要对瞬态光栅的周期进行精细的控制的上述不足，提供一种空间周期连续可调的激光瞬态光栅系统。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种空间周期连续可调的激光瞬态光栅系统，包括：激发激光束，用于激发瞬态光栅；掩膜光栅，用于对所述激发激光束进行衍射分光，所述激发激光束由所述掩膜光栅的一侧照射到所述掩膜光栅上；滤光装置，与所述激发激光束分别位于所述掩膜光栅相对的两侧，所述滤光装置包括若干个吸收挡板，所述吸收挡板用于吸收遮挡所述激发激光束的零级衍射光和高阶衍射光，留出所述激发激光束的±1级衍射光，形成激发光束对；连续变焦成像装置，与所述掩膜光栅分别位于所述滤光装置相对的两侧，所述连续变焦成像装置包括至少三个依次排列设置的第一透镜，相邻两个所述第一透镜的间距可调，所述激发光束对射入所述连续变焦成像装置，并经过所有所述第一透镜折射后出射，最终在样品上汇聚、交叉干涉形成瞬态光栅。其中，所述第一透镜包括凸透镜、凹透镜、平凸透镜和平凹透镜，所述连续变焦成像装置包括凸-凹-凸或凹-凸-凹两种基本的组合结构，以及在凸-凹-凸或凹-凸-凹这两种基本组合结构上变形、扩展的组合结构，如凸-凹-凸-凹-凸、凹-凸-凹-凸-凹等组合结构。采用本专利技术所述的一种空间周期连续可调的激光瞬态光栅系统，可在保持所述样品位置不动的情况下，通过调节所有所述第一透镜之间的距离，实现该系统成像倍率的连续变化，即在所述样品上实现空间周期连续可调的激光瞬态光栅，满足一些应用领域中对瞬态光栅的周期进行精细的连续微调控制的需求，该系统结构简单，使用方便，效果良好。优选地，所述掩膜光栅为变频掩膜光栅，用于产生不同角度的衍射光。采用这种结构设置，所述变频掩膜光栅上包括若干个不同频率的光栅，所述激发激光束每次照射到同一个光栅上，通过移动所述掩膜光栅的位置，使所述激发激光束照射到不同频率的光栅上，从而控制衍射分光角度，以此调节瞬态光栅。优选地，该瞬态光栅系统还包括4f装置，所述4f装置位于所述掩膜光栅和所述连续变焦成像装置之间，所述4f装置包括两个相对设置的第二透镜，所述滤光装置位于两个所述第二透镜之间，所述4f装置用于接收和折射所述激发激光束的±1级衍射光。此处所说的4f装置是指光学领域常用的4f系统。采用这种结构设置，通过所述4f装置的共焦成像，使经过所述掩膜光栅衍射分光过后的光束在成像位置处再重合，形成所述掩膜光栅的像，再经过像传递的方式，实现瞬态光栅周期的连续微调。优选地，该瞬态光栅系统还包括探测激光束和探测装置，所述探测激光束和所述激发激光束位于所述掩膜光栅的同一侧，且作用于所述掩膜光栅的同一位置，所述探测装置和所述连续变焦成像装置位于所述样品相对的两侧，所述探测激光束经所述瞬态光栅产生衍射，所述探测装置用于接收所述探测激光束的衍射光。所述掩膜光栅对所述探测激光束进行衍射分光，所述吸收挡板吸收多余的所述探测激光束的衍射光，留出需要的所述探测激光束衍射光进入所述连续变焦成像装置，并最终传递到所述瞬态光栅处。优选地，初始状态下所述激发激光束与所述探测激光束同轴。优选地，该瞬态光栅系统还包括激发光源和探测光源，所述激发光源用于发射所述激发激光束，所述探测光源用于发射所述探测激光束。优选地，所述激发激光束为短脉冲激光或者超短脉冲激光，所述探测激光束为窄线宽连续激光或同步长脉冲激光。优选地，所述探测激光束包括探测光束和参考光束。所述掩膜光栅对所述探测激光束进行衍射分光，所述吸收挡板吸收遮挡所述探测激光束的零级衍射光和高阶衍射光，留出所述探测激光束的±1级衍射光，所述探测激光束的±1级衍射光即为所述探测光束和所述参考光束，所述探测光束和所述参考光束进入所述连续变焦成像装置，并最终传递到所述瞬态光栅处，所述探测光束在所述样品中通过所述瞬态光栅产生的衍射光，与从所述样品中透过的所述参考光束同轴共线，实现外差探测。优选地，该瞬态光栅系统还包括衰减片，所述衰减片位于所述掩膜光栅和所述连续变焦成像装置之间，并位于所述参考光束的光路上，所述衰减片用于调节所述参考光束的强度，以利于外差探测。优选地，所述衰减片为中性衰减片。优选地，该瞬态光栅系统还包括玻璃片，所述玻璃片位于所述掩膜光栅和所述连续变焦成像装置之间，所述玻璃片与所述衰减片等厚，所述玻璃片位于所述探测光束的光路上，所述玻璃片用于使所述探测光束和所述参考光束的光程相等。可以通过调节所述玻璃片的倾斜角度，来控制所述探测光束和所述参考光束两者的相位差。优选地，所述连续变焦成像装置还包括壳体，所有所述第一透镜设于所述壳体内，所述壳体包括相对设置的进光口和出光口，所述激发光束对由所述进光口射入，经所有所述第一透镜传递，由所述出光口射出，并在样品上汇聚、交叉干涉形成瞬态光栅。优选地，靠近所述掩膜光栅一侧的所述第一透镜相对所述壳体固定设置，仅需要改变其余所述第一透镜的位置关系，来调节所述连续变焦成像装置的成像倍率，简化连续变焦成像装置的结构设计，同时使用方便。优选地，所述连续变焦成像装置还包括导轨，所述导轨设于所述壳体内，所有所述第一透镜滑动设于所述导轨上，所述壳体外表面上设有若干个调节部件，所述壳体内设有若干个传动部件，每个所述传动部件对应连接一个所述第一透镜，每个所述调节部件用于调节至少一个所述传动部件的联动，进而调节至少一个所述第一透镜的联动，实现所述连续变焦成像装置成像倍率的连续变化。优选地，所述调节部件为旋钮，所述旋钮上设有指示条，所述旋钮对应处的所述壳体外表面上设有成像倍率标定值。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、运用本专利技术所述的一种空间周期连续可调的激光瞬态光栅系统，可在保持所述样品位置不动的情况下，通过调节所有所述第一透本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间周期连续可调的激光瞬态光栅系统，其特征在于，包括：激发激光束(1)，用于激发瞬态光栅；掩膜光栅(3)，用于对所述激发激光束(1)进行衍射分光；滤光装置，与所述激发激光束(1)分别位于所述掩膜光栅(3)相对的两侧，所述滤光装置包括若干个吸收挡板(43)，所述吸收挡板(43)用于吸收遮挡所述激发激光束(1)的零级衍射光和高阶衍射光，留出所述激发激光束(1)的±1级衍射光，形成激发光束对；连续变焦成像装置(5)，与所述掩膜光栅(3)分别位于所述滤光装置相对的两侧，所述连续变焦成像装置(5)包括至少三个依次排列设置的第一透镜(51)，相邻两个所述第一透镜(51)的间距可调，所述激发光束对射入所述连续变焦成像装置(5)，并依次经过所有所述第一透镜(51)折射后出射，最终在样品(7)上汇聚、交叉干涉形成瞬态光栅。

【技术特征摘要】
1.一种空间周期连续可调的激光瞬态光栅系统，其特征在于，包括：激发激光束(1)，用于激发瞬态光栅；掩膜光栅(3)，用于对所述激发激光束(1)进行衍射分光；滤光装置，与所述激发激光束(1)分别位于所述掩膜光栅(3)相对的两侧，所述滤光装置包括若干个吸收挡板(43)，所述吸收挡板(43)用于吸收遮挡所述激发激光束(1)的零级衍射光和高阶衍射光，留出所述激发激光束(1)的±1级衍射光，形成激发光束对；连续变焦成像装置(5)，与所述掩膜光栅(3)分别位于所述滤光装置相对的两侧，所述连续变焦成像装置(5)包括至少三个依次排列设置的第一透镜(51)，相邻两个所述第一透镜(51)的间距可调，所述激发光束对射入所述连续变焦成像装置(5)，并依次经过所有所述第一透镜(51)折射后出射，最终在样品(7)上汇聚、交叉干涉形成瞬态光栅。2.根据权利要求1所述的激光瞬态光栅系统，其特征在于，所述掩膜光栅(3)为变频掩膜光栅，用于产生不同角度的衍射光。3.根据权利要求1所述的激光瞬态光栅系统，其特征在于，还包括4f装置(4)，所述4f装置(4)位于所述掩膜光栅(3)和所述连续变焦成像装置(5)之间，所述4f装置(4)包括两个相对设置的第二透镜(44)，所述滤光装置位于两个所述第二透镜(44)之间，所述4f装置(4)用于接收和折射所述激发激光束(1)的±1级衍射光。4.根据权利要求1所述的激光瞬态光栅系统，其特征在于，还包括探测激光束(2)和探测装置(6)，所述探测激光束(2)和所述激发激光束(1)位于所述掩膜光栅(3)的同一侧，且作用于所述掩膜光栅(3)的同一位置，所述探测装置(6)和所述连续变焦成像装置(5)位于所述样品(7)相对的两侧，所述探测激光束(2)经所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：母健，宋云飞，杨延强，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51