基于F-P干涉仪的飞秒激光脉冲时间宽度测量仪及测量方法技术

本发明专利技术涉及飞秒激光脉冲时间宽度测量领域，具体的说是一种基于F‑P干涉仪的飞秒激光脉冲时间宽度测量仪及测量方法，设有F‑P干涉标准具、透镜、厚度为50μm的非线性晶体BBO、800nm高反镜、调节脉冲色散的棱镜对、光电二极管和计算机，其中，F‑P干涉标准具、透镜、厚度为50μm的非线性晶体BBO和800nm高反镜位于同一光轴上，激光器产生的待测飞秒激光水平入射到铅垂竖立放置的F‑P干涉标准具上，F‑P标准具所透射的脉冲经透镜汇聚到非线性晶体BBO中产生二次谐波信号，高反镜反射掉800nm的基频光后，光电二极管接收自相关信号，并将信号传输至计算机，计算机根据自相关信号的宽度计算机推算出飞秒激光脉冲的宽度，具有结构简单紧凑、维护方便、成本低等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于F-P干涉仪的飞秒激光脉冲时间宽度测量仪及测量方法
本专利技术涉及一种飞秒激光脉冲时间宽度测量领域，具体是一种基于F-P干涉仪的飞秒激光脉冲时间宽度测量仪及测量方法。
技术介绍
现有光电探测器带宽可以达到100Hz，激光脉冲宽度大于20ps的可以直接使用高速光电探测器测量，对于更短的时间过程则无法采用光电探测器直接测量。在晶体中非线性光学过程的响应时间与输入光场的时间量级相对应，利用晶体的这一特点与干涉原理相结合，可以实现对飞秒激光脉冲的时间宽度测量。刘文军等在《大学物理》第36卷11期发表了论文《基于迈克耳孙干涉仪的自相关仪》，该论文公开了一种基于迈克耳孙干涉仪的自相关仪，待测脉冲被分光镜一分为二，其中之一通过迈克耳孙干涉仪的固定臂，另一部分通过迈克耳孙干涉仪的移动臂，二者通过会聚透镜会聚到厚度为50μm的BBO非线性晶体中，光电二极管接收到自相关信号，自相关信号的强度随固定臂和移动臂之间的时间延迟量的大小而变化，移动臂的移动步幅为30nm，最大行程为2cm。虽然解决了超短激光脉冲的测量问题，但是实验条件要求高，基于迈克尔逊干涉的自相仪结构中要求两支路彼此垂直，另外用于测量飞秒激光脉冲时需要采用高精度的移动平台，仪器设备成本高。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足，本专利技术将提供一种结构简单紧凑、维护方便、成本低的飞秒激光脉冲时间宽度测量仪及测量方法。为了实现上述功能，本专利技术将采用以下技术方案：一种基于F-P干涉仪的飞秒激光脉冲时间宽度测量仪，包括脉冲激光器，其特征在于设有F-P干涉标准具、透镜、非线性晶体BBO、800nm高反镜、光电二极管和计算机，其中，F-P干涉标准具、透镜、非线性晶体BBO、800nm高反镜位于同一光轴上，激光器产生的待测飞秒激光水平入射到铅垂竖立放置的F-P干涉标准具上，F-P标准具所透射的脉冲经透镜汇聚到非线性晶体BBO中产生二次谐波信号，高反镜反射掉800nm的基频光后，光电二极管接收自相关信号，并将信号传输至计算机，计算机根据自相关信号的宽度计算机推算出飞秒激光脉冲的宽度。本专利技术所述激光器和F-P干涉标准具之间设有调节脉冲色散的棱镜对，激光器产生的待测飞秒激光脉冲通过棱镜对，引入正色散，使得脉冲的宽度展宽变大。本专利技术所述F-P干涉标准具是由两个高反射和严格平行的平行板构成，F-P干涉仪波长为800nm，反射率为90％，通光孔径直径为5mm，间隔圈为3mm，每一个标准具的厚度是1.5mm。本专利技术所述非线性晶体BBO的厚度为50μm。本专利技术所述高反镜为800nm高反镜。本专利技术所述激光器为钛宝石飞秒激光器，其钛宝石飞秒激光谐振腔，中心波长为800nm，重复频率为80MHz，光谱宽度为52nm，输出平均功率为90mW。一种基于F-P干涉仪的飞秒激光脉冲时间宽度测量方法，其特征在于包括以下步奏：第一，激光器产生的待测飞秒激光水平入射到铅垂竖立放置的F-P干涉标准具上；由于F-P标准具板的高反射率，光波的连续多次反射在强度上衰减非常缓慢产生多光束干涉，形成非常窄、尖锐的条纹；第二，将F-P标准具所透射的脉冲经透镜汇聚到非线性晶体BBO中产生二次谐波信号；第三，高反镜把800nm的基频光反射掉，光电二极管接收自相关产生的和频信号；第四，将光电二极管接收到的自相关信号传输至计算机，计算机根据自相关信号的宽度计算机推算出飞秒激光脉冲的宽度。一种基于F-P干涉仪的飞秒激光脉冲时间宽度测量方法，其特征在于包括以下步奏：第一，激光器产生的待测飞秒激光通过棱镜对，引入正色散，使得脉冲的宽度展宽变大；第二，引入正色散后的待测飞秒激光水平入射到铅垂竖立放置的F-P干涉标准具上；由于F-P标准具板的高反射率，光波的连续多次反射在强度上衰减非常缓慢产生多光束干涉，形成非常窄、尖锐的条纹；第三，将F-P标准具所透射的脉冲经透镜汇聚到非线性晶体BBO中产生二次谐波信号；第四，高反镜把800nm的基频光反射掉，光电二极管接收自相关产生的和频信号；第五，将光电二极管接收到的自相关信号传输至计算机，计算机根据自相关信号的宽度计算机推算出飞秒激光脉冲的宽度。本专利技术利用F-P干涉仪实现飞秒激光脉冲自相关测量的原理如图1所示，该装置只需要两个部分反射平行平面，因此光学结构比迈克尔逊干涉仪结构更简单、更紧凑、成本更低。迈克尔逊干涉仪结构的自相关的两支路彼此垂直，而且用于测量飞秒激光脉冲时需要采用高精度的移动平台，成本高。而基于F-P干涉仪结构的自相关装置中所有的光学元件沿位于同一光轴上，时间延迟来源于两平行板间的多重反射，该结构不需要精密移动平台，结构易于排列调整，成本低。由于采用上述结构及测量方法，本专利技术具有结构简单紧凑、成本低等优点。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术的另一种结构示意图。图3为待测的飞秒激光脉冲在干涉仪内发生多重反射和透射示意图。图4为飞秒激光谐振腔输出的飞秒激光脉冲直接测量结果。图5为迈克尔逊干涉自相关对飞秒激光谐振腔谐振腔的输出测量结果。图6为谐振腔的输出脉冲通过棱镜对后用F-P干涉自相关测量的结果。图7为谐振腔的输出脉冲通过棱镜对后用迈克尔逊干涉自相关测量的结果。附图标记：1钛宝石飞秒激光器、2棱镜对、3F-P干涉标准具、4透镜、5厚度为50μm的非线性晶体BBO、6高反镜(800nm)、7光电二极管、8计算机具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的说明：实施例一如图1所示，一种基于F-P干涉仪的飞秒激光脉冲时间宽度测量仪，包括脉冲激光器1，其特征在于设有F-P干涉标准具3、会聚透镜4、厚度为50μm非线性晶体BBO5、800nm高反镜6、光电二极管7和计算机8，其中，F-P干涉标准具3、透镜4、非线性晶体BBO5、800nm高反镜6位于同一光轴上，激光器产生的待测飞秒激光水平入射到铅垂竖立放置的F-P干涉标准具上，F-P标准具所透射的脉冲经透镜汇聚到非线性晶体BBO中产生二次谐波信号，800nm高反镜反射掉800nm的基频光后，光电二极管接收自相关信号，并将信号传输至计算机，计算机根据自相关信号的宽度计算机推算出飞秒激光脉冲的宽度。激光器为钛宝石飞秒激光器，其钛宝石飞秒激光谐振腔，中心波长为800nm，重复频率为80MHz，光谱宽度为52nm，输出平均功率为90mW。所述F-P干涉标准具是由两个高反射和严格平行的第一平行板3.1和第二平行板3.2构成，F-P干涉仪波长为800nm，反射率为90％，通光孔径直径为5mm，间隔圈为3mm，每一个标准具的厚度是1.5mm。一种基于F-P干涉仪的飞秒激光脉冲时间宽度测量方法，包括以下步奏：第一，激光器产生的待测飞秒激光水平入射到铅垂竖立放置的F-P干涉标准具上；由于F-P标准具板的高反射率，光波的连续多次反射在强度上衰减非常缓慢产生多光束干涉，形成非常窄、尖锐的条纹；第二，将F-P标准具所透射的脉冲经透镜汇聚到非线性晶体BBO中产生二次谐波信号；第三，高反镜把800nm的基频光反射掉，光电二极管接收自相关产生的和频信号；第四，将光电二极管接收到的自相关信号传输至计算机，计算机根据自相关信号的宽度计算机推算出飞秒激光脉冲的宽度。由于F-P干涉仪中两个平行的反射表面的多次反射延迟，因此一个理想的F-P干涉仪产生无限多个脉冲，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于F‑P干涉仪的飞秒激光脉冲时间宽度测量仪，包括脉冲激光器，其特征在于设有F‑P干涉标准具、透镜、非线性晶体BBO、800nm高反镜、光电二极管和计算机，其中， F‑P干涉标准具、透镜、非线性晶体BBO、800nm高反镜位于同一光轴上，激光器产生的待测飞秒激光水平入射到铅垂竖立放置的F‑P干涉标准具上，F‑P标准具所透射的脉冲经透镜汇聚到非线性晶体BBO中产生二次谐波信号，高反镜反射掉800nm的基频光后，光电二极管接收自相关信号，并将信号传输至计算机，计算机根据自相关信号的宽度计算机推算出飞秒激光脉冲的宽度。

【技术特征摘要】
1.一种基于F-P干涉仪的飞秒激光脉冲时间宽度测量仪，包括脉冲激光器，其特征在于设有F-P干涉标准具、透镜、非线性晶体BBO、800nm高反镜、光电二极管和计算机，其中，F-P干涉标准具、透镜、非线性晶体BBO、800nm高反镜位于同一光轴上，激光器产生的待测飞秒激光水平入射到铅垂竖立放置的F-P干涉标准具上，F-P标准具所透射的脉冲经透镜汇聚到非线性晶体BBO中产生二次谐波信号，高反镜反射掉800nm的基频光后，光电二极管接收自相关信号，并将信号传输至计算机，计算机根据自相关信号的宽度计算机推算出飞秒激光脉冲的宽度。2.根据权利要求1所述的一种基于F-P干涉仪的飞秒激光脉冲时间宽度测量仪，其特征在于激光器和F-P干涉标准具之间设有调节脉冲色散的棱镜对，激光器产生的待测飞秒激光脉冲通过棱镜对，引入正色散，使得脉冲的宽度展宽变大。3.根据权利要求1所述的一种基于F-P干涉仪的飞秒激光脉冲时间宽度测量仪，其特征在于F-P干涉标准具是由两个高反射和严格平行的平行板构成，F-P干涉仪波长为800nm，反射率为90%，通光孔径直径为5mm，间隔圈为3mm，每一个标准具的厚度是1.5mm。4.根据权利要求1所述的一种基于F-P干涉仪的飞秒激光脉冲时间宽度测量仪，其特征在于非线性晶体BBO的厚度为50μm。5.根据权利要求1所述的一种基于F-P干涉仪的飞秒激光脉冲时间宽度测量仪，其特征在于高反镜为800nm高反镜。6.根据权利要求1所述的一种基于F-P干涉仪的飞秒激光脉冲时间宽度...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文军，孙正和，郑小春，任守田，刘立宝，田兆硕，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东,37