基于瞬态光栅效应的自参考光谱干涉飞秒激光脉冲测量装置制造方法及图纸

一种基于瞬态光栅效应的自参考光谱干涉飞秒激光脉冲测量装置，包括：四分之三镀膜反射镜、衰减延时片、第一离轴抛物面反射镜、三阶非线性光学介质、第二离轴抛物面反射镜、滤光板、透镜、单模光纤和光纤光谱仪；装置通过三阶非线性介质的瞬态光栅效应产生自参考光，并与一定延迟衰减了的待测光在空间上重合并聚焦入光谱仪获得自参考干涉光谱，利用傅里叶转换光谱干涉算法来重建待测光时域形状和相位以及频域光谱形状和相位。本发明专利技术提升了自参考光谱干涉方法的能量灵敏度，对于兆赫兹量级的飞秒激光脉冲，可以测量单脉冲能量低于单个纳焦的待测光。

Self reference spectrum interference femtosecond laser pulse measuring device based on transient grating effect

A self reference spectral interference of transient grating effect including femtosecond laser pulse measurement device, based on the 3/4 mirror, delay, attenuation of the first off-axis parabolic mirror, the three order nonlinear optical medium, second off-axis parabolic mirror, filter, lens, single-mode fiber and fiber optic spectrometer; self reference device light through the effect of the transient grating three order nonlinear medium, and with some delay to the attenuation of the light in the space and focus into the self reference spectral interference spectrometer, Fourier transform spectral interference algorithm to reconstruct the tested optical time-domain shape and phase and frequency spectrum shape and phase. The invention improves the energy sensitivity of the self reference spectral interference method, and can be used to measure the laser pulse energy of a single pulse with a single pulse energy of less than a single coke.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及飞秒激光脉冲测量
，特别是一种利用瞬态光栅效应来产生自参考光光谱干涉方法所需的自参考光的飞秒激光脉冲测量装置。
技术介绍
飞秒激光随着其在科研、生物、医疗、加工、通信、国防等领域的需要，得到了极其迅速的发展。而飞秒激光脉冲形状与脉冲宽度作为飞秒激光脉冲的重要光学参量，对它们的测量或实时监测显得十分必要。因此，寻找一种简单、方便、快速、有效的测量与实时监测的方法与装置，对于推动飞秒激光自身发展和拓展其在各个领域的应用有着极重大的作用。目前，最广泛使用的飞秒激光脉冲测量技术有：1.频率分辨光栅法(Frequency Resolved Optical Gating,FROG)；2.光谱相位相干直接电场重建法(Spectral Phase Interferometry for Direct Electric-field Reconstruction,SPIDER)。该两种技术都是基于自参考，并且通过非共线谐波产生方法，来实现对飞秒激光脉冲的单发测量。然而，该两种技术对于重建飞秒激光脉冲的算法并不直接，需要较长的时间。在SPIDER技术中，通常需要非线性晶体来转换产生测量信号，由于非线性光学晶体的相位匹配条件，这使得每台测量仪器只能适应于特定的光谱范围，从而限制了这些方法在宽光谱范围内的应用，并且这些系统与测量过程都较为复杂。自参考光谱干涉方法于2010年提出，该方法具有线性、解析、灵敏、准确的特性，更为重要的是具有直接的光谱重建和相位求解迭代算法，整个算法可以在一两秒内完成，可以实现对飞秒激光脉冲进行实时测量和监测。在自参考光谱干涉方法中，需要通过三阶非线性效应待测光本身来产生参考光，即自参考。鉴于光路的简单性和测量的有效性，目前这样的三阶非线性效应包括交叉偏振波产生、自衍射效应以及自衍射效应，三种方法各有优势，其中，基于交叉偏振波效应的自参考光谱干涉方法已经被开发成商用产品Wizzler。该装置由于交叉偏振波效应的能量灵敏度原因，只能对微焦量级的飞秒激光脉冲进行测量。然而，在我们的很多超快现象探测中，所用到的激光单脉冲能量以及最终所产生的信号光能量往往在纳焦量级，甚至达到单个纳焦量级以下。在这样的情况下，基于交叉偏振波效应的自参考光谱干涉方法的Wizzler就显得无能为力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种基于瞬态光栅效应的自参考光谱干涉飞秒激光脉冲测量装置。利用瞬态光栅效应比较高的能量灵敏度特性，设计出一台自参考光谱干涉飞秒激光脉冲测量装置，装置结构简单、小巧，调节简易，数据采集与数据处理迅速，并且可以适用于不同脉冲宽度和不同波长范围的飞秒激光脉冲宽度与脉冲形状的测量与实时监测，获得的光谱相位可以反馈到相关的相位补偿装置，优化飞秒激光脉冲的输出，对于兆赫兹量级的飞秒激光脉冲，该专利技术装置可以测量单脉冲能量低于单个纳焦的待测光。本专利技术的技术解决方案如下：一种基于瞬态光栅效应的自参考光谱干涉飞秒激光脉冲测量装置，特点在于其构成包括：四分之三镀膜反射镜、衰减延时片、第一离轴抛物面反射镜、三阶非线性光学介质、第二离轴抛物面反射镜、滤光板、透镜、单模光纤、光纤光谱仪。所述元部件位置关系结合图1来进行如下说明：待测光沿箭头所指方向导入测量装置，经过所述的四分之三镀膜反射镜反射，所述的四分之三镀膜反射镜如图中的插图a所示，1、2、3区域为镀高反膜区域，4区域为不镀膜区域，这样的特殊镀膜使得所述待测光在空间上被分成了四个光束部分，其中经过所述的四分之三镀膜反射镜的1、2、3镀高反膜区域所反射的三束光经过所述的第一离轴抛物面反射镜聚焦入所述的三阶非线性光学介质中，由于瞬态光栅效应，将会产生一束光叫做自参考光，经过所述的四分之三镀膜反射镜的4不镀膜区域所反射的光经过所述衰减延时片对这一光束引入衰减和延时，再经过所述的第一离轴抛物面反射镜聚焦入所述的三阶非线性光学介质中作为待测光，由于装置结构原因，所产生的所述自参考光与衰减延时了的所述的待测光在空间上共线，光束经过所述的第二离轴抛物面反射镜将进行准直，再通过所述的如插图b所示的滤光板滤出只含有所述自参考光和所述衰减延时了的待测光的光束，利用所述的透镜将所述自参考光和所述衰减延时了的待测光的光束聚焦入所述的单模光纤中，并通过所述的单模光纤将光导入所述的光谱仪中，在所述的光谱仪中将获得所述自参考光和所述衰减延时了的待测光的光束的干涉光谱。本专利技术具有如下的显著特点：1、本专利技术利用四分之三镀膜反射镜，待测光经过其中镀高反膜区域的部分用来产生自参考光，经过不镀膜的区域反射的部分受到衰减，作为待测光将对其进行测量；2、本专利技术利用衰减延时片，来对待测光经过四分之三镀膜反射镜不镀膜区域反射的部分受到衰减后进一步引入衰减和延时；3、本专利技术利用离轴抛物面反射镜来对光束进行聚焦和准直；4、本专利技术利用单模光纤来将最后的自参考光和衰减延时了的待测光导入光纤光谱仪中。5、本专利技术具有较高的能量灵敏度，对于兆赫兹量级的飞秒激光脉冲，该专利技术装置可以测量单脉冲能量低于单个纳焦的待测光。附图说明图1为本专利技术基于瞬态光栅效应的自参考光谱干涉飞秒激光脉冲测量装置的光路图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。首先，利用本专利技术装置获得干涉光谱信号。本专利技术的一个实施例装置如图1所示。光路包括：四分之三镀膜反射镜(M)、衰减延时片(P1)、第一离轴抛物面反射镜(PM1)、三阶非线性光学介质(P2)、第二离轴抛物面反射镜(PM2)、滤光板(A)、透镜(L)、单模光纤(F)和光纤光谱仪(S)。所述元部件位置关系结合图1来进行如下说明：待测光沿箭头所指方向导入测量装置，经过所述的四分之三镀膜反射镜M反射，所述的四分之三镀膜反射镜如图中的插图a所示，1、2、3区域为镀高反膜区域，4区域为不镀膜区域，这样的特殊镀膜使得所述待测光在空间上被分成了四个光束部分，其中经过所述的四分之三镀膜反射镜M的1、2、3镀高反膜区域所反射的三束光经过所述的第一离轴抛物面反射镜PM1聚焦入所述的三阶非线性光学介质P2中，由于瞬态光栅效应，将会产生一束光叫做自参考光，经过所述的四分之三镀膜反射镜M的4不镀膜区域所反射的光经过所述衰减延时片P1对这一光束引入衰减和延时，再经过所述的第一离轴抛物面反射镜PM1聚焦入所述的三阶非线性光学介质P2中作为待测光，由于装置结构原因，所产生的所述自参考光与衰减延时了的所述的待测光在空间上共线，光束经过所述的第二离轴抛物面反射镜PM2将进行准直，再通过所述的如插图b所示的滤光板A滤出只含有所述自参考光和所述衰减延时了的待测光的光束，利用所述的透镜L将所述自参考光和所述衰减延时了的待测光的光束聚焦入所述的单模光纤F中，并通过所述的单模光纤F将光导入所述的光谱仪S中，在所述的光谱仪S中将获得所述自参考光和所述衰减延时了的待测光的光束的干涉光谱。最后，通过将所得的干涉光谱信号进行傅里叶变换光谱相干算法计算，得到待测飞秒激光脉冲时域脉冲形状和相位以及频域脉冲光谱和相位。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于瞬态光栅效应的自参考光谱干涉飞秒激光脉冲测量装置，特征在于其构成包括：四分之三镀膜反射镜(M)、衰减延时片(P1)、第一离轴抛物面反射镜(PM1)、三阶非线性光学介质(P2)、第二离轴抛物面反射镜(PM2)、滤光板(A)、透镜(L)、单模光纤(F)和光纤光谱仪(S)；所述的四分之三镀膜反射镜(M)等分为四个区域，其中三个区域镀高反膜,第四个区域不镀膜；部分入射光经所述的四分之三镀膜反射镜(M)的三个镀高反膜区域的反射后，射入所述的第一离轴抛物面反射镜(PM1)，聚焦后射入所述的三阶非线性光学介质(P2)中产生一束瞬态光栅信号光，作为自参考光；部分入射光经所述的四分之三镀膜反射镜(M)的一个不镀膜区域的反射后，经所述的衰减延时片(P2)衰减和延时后，射入所述的第一离轴抛物面反射镜(PM1)，聚焦后射入所述的三阶非线性光学介质(P2)，作为待测光；所述的自参考光和待测光经所述的第二离轴抛物面反射镜(PM2)准直后，依次经所述的滤光板(A)和所述的透镜(L)聚焦入所述的单模光纤(F)中，并通过该单模光纤(F)将光导入所述的光纤光谱仪(S)中，获得光束的干涉光谱。

【技术特征摘要】
1.一种基于瞬态光栅效应的自参考光谱干涉飞秒激光脉冲测量装置，特征在于其构成包括：四分之三镀膜反射镜(M)、衰减延时片(P1)、第一离轴抛物面反射镜(PM1)、三阶非线性光学介质(P2)、第二离轴抛物面反射镜(PM2)、滤光板(A)、透镜(L)、单模光纤(F)和光纤光谱仪(S)；所述的四分之三镀膜反射镜(M)等分为四个区域，其中三个区域镀高反膜,第四个区域不镀膜；部分入射光经所述的四分之三镀膜反射镜(M)的三个镀高反膜区域的反射后，射入所述的第一离轴抛物面反射镜(PM1)，聚焦后射入所述的三阶非线性光学介质(P2)中产生一束瞬态光栅信号光，作为自参考光；部分入射光经所述的四...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，申雄，王鹏，李方家，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31