带有探针光脉冲压缩技术的光延时同源激光泵浦探测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种同时兼顾延时精度与时间分辨率的带有探针光脉冲压缩技术的光延时同源激光泵浦探测装置，属于激光与物质相互作用动态物理过程的激光探测技术领域。具体为：激光器输出的激光入射至分光镜，分光镜将入射的光分成两束，一束入射至第一透镜，另一束入射至倍频晶体，倍频晶体出射的光入射至第一偏振片，偏振后输出的p态偏振光入射至脉宽压缩系统，脉宽压缩系统对入射的光进行脉宽压缩后输出s态偏振光返回至第一偏振片，再反射至全反镜，经全反镜反射的光输入至第一光学延迟系统，延迟后的光入射至待测样品表面的目标区域；经第一透镜透射的光入射至待测样品表面的目标区域；目标区域出射的光滤波后的光入射至第一探测器。

【技术实现步骤摘要】
带有探针光脉冲压缩技术的光延时同源激光泵浦探测装置
本专利技术涉及一种激光泵浦—探测方法，特别涉及一种高延时精度，且能提供较高时间分辨能力的同源激光泵浦—探测方法，属于激光与物质相互作用动态物理过程的激光探测

技术介绍
泵浦—探测技术在激光与物质相互作用动态物理过程(如光致物质损伤、材料改性等)的时间分辨探测研究中有着广泛的应用。泵浦—探测技术由两路激光脉冲分别作为泵浦光和探测光。泵浦光即为与物质产生作用的主激光，一般经透镜后，以足够高的功率密度聚焦在物质样品中产生物理过程；探测光(也成为探针光)脉冲则用于对作用区域照明，通过调节探测光脉冲相对于泵浦脉冲到达物理作用区的时间延迟，可以使探测器(如CCD、光谱仪等)捕捉到物理过程不同瞬态时刻的物理量(图像、光谱等)。通过一系列的延时设置，可得到在该物理过程中，物理量时间分辨的变化规律。在泵浦探测技术中，延时控制精度和时间分辨能力是两个最重要的指标。目前，普遍采用的延时控制方法主要是电延时和光延时。(1)电延时方法：泵浦光脉冲和探测光脉冲分别来源于两台独立激光器，其间通过同步机进行所需延时的触发控制。这种情况下，探测光可以采用皮秒甚至更短的脉冲，来获得高的探测时间分辨率，但受制于电子器件(如同步机、激光器Q开关等)的响应误差，不同的泵浦脉冲之间，泵浦和探测脉冲的延时会有抖动，这种抖动随机出现、无法消除，限制了延时控制精度。例如，2015年发表于AppliedPhysicsLetter的文章《Identificationoftheformationphasesoffilamentarydamageinducedbynanosecondlaserpulsesinbulkfusedsilica》，介绍了一种用两台激光器输出的激光分别作为泵浦光和探测光的泵浦—探测方法。作泵浦光源的纳秒激光器和作探测光源的皮秒激光器之间用同步机协调，使两台激光器的输出同步或有一定延时。虽然其探测光为皮秒脉冲，它的时间分辨率达到了皮秒量级；但由于其使用了电学延迟的方法，受制于电子器件的响应时间，它的延时会有2纳秒左右的抖动，其采样曝光延时误差在纳秒量级。(2)光延时方法：泵浦光脉冲和探测光脉冲来源于同一台激光器，其间延迟量通过调整该两路脉冲的光程差来决定。稳定的光路能够使延迟量抖动很小，延时精度高，但由于研究激光和物质作用的主激光多为脉冲宽度在纳秒、数十甚至数百纳秒的脉冲激光，来自同一激光源具有相同脉宽的探测脉冲无法实现足够短的有效曝光时间，与电延时方法相比，时间分辨率低。例如，1990年发表于光学学报上的文章《激光与介质薄膜作用过程的等离子体诊断》，介绍了典型的用一台纳秒激光器的输出同时作泵浦光和探测光的泵浦—探测方法。泵浦光和探测光之间的延时通过光程差实现，延时不会有抖动，延时控制精度高，但探测光脉冲的脉宽为15ns，探测系统所获得的数据是十几纳秒内积累得到的，时间分辨率较低。总之，目前激光泵浦—探测系统难以同时满足高延时精度和高时间分辨率这两方面的要求，即具有较高延时精度的探测系统一般时间分辨率不高，时间分辨率高的探测系统延时控制精度较低。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术提供一种同时兼顾延时精度与时间分辨率的带有探针光脉冲压缩技术的光延时同源激光泵浦探测装置。本专利技术的同源激光泵浦探测装置，所述装置包括激光器1、分光镜2、第一透镜3、倍频晶体4、第一偏振片5、脉宽压缩系统6、全反镜M1、第一光学延迟系统7、窄带滤波片8和第一探测器9；激光器1输出的激光入射至分光镜2，分光镜2将入射的光分成两束，其中一束入射至第一透镜3，另一束入射至倍频晶体4，倍频晶体4倍频后出射的光入射至第一偏振片5，经第一偏振片5偏振后输出的p态偏振光入射至脉宽压缩系统6，脉宽压缩系统6对入射的光进行脉宽压缩后输出s态偏振光返回至第一偏振片5，再经第一偏振片5反射至全反镜M1，经全反镜M1反射的光输入至第一光学延迟系统7，第一光学延迟系统7输出的光作为探测光入射至待测样品表面的目标区域；经第一透镜3透射的光作为泵浦光入射至待测样品表面的目标区域；经待测样品表面的目标区域的光入射至窄带滤波片8，经窄带滤波片8滤波后的光入射至第一探测器9。经待测样品表面的目标区域的光入射至窄带滤波片8，经窄带滤波片8滤波后的光入射至第一探测器9。优选的是，所述泵浦探测装置还包括第一1/4波片10、第二偏振片11、第二光学延迟系统12、第三偏振片13和第四偏振片14和第二探测器15；所述第一1/4波片10、第二偏振片11、第二光学延迟系统12和第三偏振片13设置在第一光学延迟系统7和待测样品之间的光路上；第一光学延迟系统7输出的光入射至第一1/4波片10，经第一1/4波片10透射的光入射至第二偏振片11，经第二偏振片11反射的光输入至第二光学延迟系统12，经第二偏振片11透射的光入射至第三偏振片13并透射，然后入射至待测样品表面的目标区域；第二光学延迟系统12输出的光入射至第三偏振片13，经第三偏振片13反射后入射至待测样品表面的目标区域；所述第四偏振片14设置在滤波片8和第一探测器9之间的光路上，经滤波片8滤波后的光入射至第四偏振片14，经第四偏振片14透射的光入射至第一探测器9，经第四偏振片14反射的光入射至第二探测器15。优选的是，脉宽压缩系统6包括第二1/4波片61、SBS放大池62、第二透镜63和SBS产生池64；所述经第一偏振片5偏振后输出的p态偏振光入射至第二1/4波片61，经第二1/4波片61透射后的圆偏振光依次入射至SBS放大池62、第二透镜63和SBS产生池64，在SBS放大池62内脉宽压缩后的光延原路返回至第二1/4波片61，再经第二1/4波片61透射，输出s态偏振光至第一偏振片5。优选的是，所述泵浦探测装置还包括陷阱16；所述陷阱16设置在待测样品的正后方，用于收集废光。优选的是，所述第一光学延迟系统包括全反镜M2和全反镜M3；输入的光入射至全反镜M2，经全反镜M2反射的光入射至全反镜M3，经全反镜M3反射的光作为第一光学延迟系统输出的光。上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。本专利技术的有益效果在于，本专利技术一方面采用一台激光器的输出同时作为泵浦光和探测光，采用光延时的方法使两光脉冲精确延时，消除电延时中无法避免的抖动问题，提高延时控制精度；另一方面对探测光利用受激布里渊散射效应(SBS)进行脉宽压缩，使其脉宽压缩到原始的二十几分之一，时间分辨率大幅提升，解决光延时中时间分辨率较低的问题。本专利技术兼顾了延时控制精度以及时间分辨能力这两个重要指标，使其性能进一步提升、使用范围扩展。本专利技术是可实现皮秒级延时控制精度、百皮秒级时间分辨率的泵浦探测方法。附图说明图1为本专利技术具体实施方式中获得一张时间分辨图像的带有探测光脉冲压缩技术的同源激光泵浦探测装置的原理结构示意图。图2为本专利技术中的泵浦探测系统获得高时间分辨率的基本原理示意图，为探测光脉宽与探测器曝光时间的对比。图3为多次重复获得完整物理过程图像的原理，从上到下三幅图表示在三次实验中分别设置不同延时，获取物理过程不同时间阶段的信息。图4为具体实施方式中同时获得两张时间分辨图像的同源激光泵浦探测装置的原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有探针光脉冲压缩技术的光延时同源激光泵浦探测装置，其特征在于，所述装置包括激光器(1)、分光镜(2)、第一透镜(3)、倍频晶体(4)、第一偏振片(5)、脉宽压缩系统(6)、全反镜M1、第一光学延迟系统(7)、窄带滤波片(8)和第一探测器(9)；激光器(1)输出的激光入射至分光镜(2)，分光镜(2)将入射的光分成两束，其中一束入射至第一透镜(3)，另一束入射至倍频晶体(4)，倍频晶体(4)倍频后出射的光入射至第一偏振片(5)，经第一偏振片(5)偏振后输出的p态偏振光入射至脉宽压缩系统(6)，脉宽压缩系统(6)对入射的光进行脉宽压缩后输出s态偏振光返回至第一偏振片(5)，再经第一偏振片(5)反射至全反镜M1，经全反镜M1反射的光输入至第一光学延迟系统(7)，第一光学延迟系统(7)输出的光作为探测光入射至待测样品表面的目标区域；经第一透镜(3)透射的光作为泵浦光入射至待测样品表面的目标区域；经待测样品表面的目标区域的光入射至窄带滤波片(8)，经窄带滤波片(8)滤波后的光入射至第一探测器(9)。

【技术特征摘要】
1.一种带有探针光脉冲压缩技术的光延时同源激光泵浦探测装置，其特征在于，所述装置包括激光器(1)、分光镜(2)、第一透镜(3)、倍频晶体(4)、第一偏振片(5)、脉宽压缩系统(6)、全反镜M1、第一光学延迟系统(7)、窄带滤波片(8)和第一探测器(9)；激光器(1)输出的激光入射至分光镜(2)，分光镜(2)将入射的光分成两束，其中一束入射至第一透镜(3)，另一束入射至倍频晶体(4)，倍频晶体(4)倍频后出射的光入射至第一偏振片(5)，经第一偏振片(5)偏振后输出的p态偏振光入射至脉宽压缩系统(6)，脉宽压缩系统(6)对入射的光进行脉宽压缩后输出s态偏振光返回至第一偏振片(5)，再经第一偏振片(5)反射至全反镜M1，经全反镜M1反射的光输入至第一光学延迟系统(7)，第一光学延迟系统(7)输出的光作为探测光入射至待测样品表面的目标区域；经第一透镜(3)透射的光作为泵浦光入射至待测样品表面的目标区域；经待测样品表面的目标区域的光入射至窄带滤波片(8)，经窄带滤波片(8)滤波后的光入射至第一探测器(9)。2.根据权利要求1所述的带有探针光脉冲压缩技术的光延时同源激光泵浦探测装置，其特征在于，所述泵浦探测装置还包括第一1/4波片(10)、第二偏振片(11)、第二光学延迟系统(12)、第三偏振片(13)和第四偏振片(14)和第二探测器(15)；所述第一1/4波片(10)、第二偏振片(11)、第二光学延迟系统(12)和第三偏振片(13)设置在第一光学延迟系统(7)和待测样品之间的光路上；第一光学延迟系统(7)输出的光入射至第一1/4波片(10)，经第一1/4波片(10)透射的光入射至第二偏振片(11)，经第二偏振片(...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱成禹，杨存意，梁凌熙，解珺迪，吕志伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23