精密测量超短激光脉冲时间同步的装置制造方法及图纸

一种精密测量超短激光脉冲时间同步装置，主要是对空间两个不同方向汇聚于一点的超短激光脉冲，通过一块薄反射－透射镜输出成一束共线激光光束，通过一片１／４波片和偏振片分成强度相近而偏振方向相互垂直的两束激光，入射到一块非线性晶体中，通过在非线性晶体中脉冲间的相互作用，得到一系列二次谐波脉冲，通过一个连接示波器的线阵ＣＣＤ测量二次谐波脉冲在空间的分布，在示波器上可以得到一系列的脉冲波形，通过测量示波器上脉冲之间的间隔，就可以获得多个超短脉冲之间的相互延时。本发明专利技术的装置可以精密测量超短激光脉冲之间的延时，测量精度高，达到ｆｓ量级，测量误差小。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种关于精确测量两个汇聚在空间某点的超短激光脉冲相互间时间同步或延时的装置，主要适用于精密测量两个波长相同，偏振方向相同或相互垂直的超短激光脉冲汇聚在空间某点相互间时间延时长短，应用于激光研究领域。
技术介绍
在超短激光脉冲的一些重要应用中，例如超短激光脉冲与物质相互作用物理实验和超短激光脉冲微加工实验中，要求两个强弱不同的工作波长相同，偏振方向相同或相互垂直的超短激光脉冲在空间上汇聚成一点，并且要求超短激光脉冲之间保持一定的时间间隔，这就要求脉冲间的相互延时可以得到精确的测量，以求得到超短脉冲间的准确的时间延时和同步情况。对于fs级的超短脉冲之间的延时测量就要求脉冲间延时测量有fs级的精度。在先技术中，C.Y.Chien等人提供了一种典型的调节装置(Optics Letters，Vol.25，No.8，578-580，2000)，其光路布置见图1所示。一个脉冲宽度为2ps的超短激光脉冲作为泵浦光脉冲直接入射到非线性晶体KDP片5上，而另一个工作波长相同，偏振方向与泵浦光脉冲相互垂直的2ps的超短激光脉冲作为探测光脉冲入射到反射镜1上，通过反射镜1反射到反射镜4上，再反射到反射镜3上，最后通过反射镜2反射后，探测光脉冲入射到II类位相匹配的非线性晶体KDP片5上。泵浦光脉冲和探测光脉冲的空间交点在非线性晶体KDP片5中。反射镜3和反射镜4相互夹角为直角，组成直角反射器6，直角反射器6可以将探测光脉冲沿入射方向的逆方向反射回去，而且直角反射器6可以沿探测光脉冲的入射方向前后移动。当探测光脉冲和泵浦光脉冲同时到达非线性晶体KDP片5上的时候，在非线性晶体KDP片5上产生二次谐波，通过沿探测光脉冲入射方向前后移动角反射器6，通过测量直角反射器6的移动距离可以得到两个光脉冲之间的空间延时，然后可以换算得到脉冲之间的时间延时。在上述装置中，脉冲之间的延时通过移动距离的测量间接来得到，但是移动平台或游标卡尺的测量精度一般最高达到10μm，相对于时间测量精度为＞33fs，而且存在机械误差和读数误差等误差，这个精度对于脉冲宽度＜50fs的超短脉冲之间同步延时的调节和测量，精度是不够的，还有一种利用压电陶瓷来控制延时光路的装置可以得到很高的精度，但读数不方便且价格昂贵，并且压电陶瓷移动的距离有限，一般在几十微米，对应的测量超短脉冲间间隔的动态范围就在五百飞秒以内，而且都要求两束光之间的偏振方向相互垂直，才能够满足II类位相匹配条件产生二次谐波。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服上述在先技术的不足，提供一种精密测量超短激光脉冲时间同步的装置，以达到测量精度高，fs量级，测量误差小的目的。本专利技术的技术解决方案的基本思想是利用一块薄反射—透射镜将两个不共线的波长相同，偏振方向相同或相互垂直的汇聚的超短激光脉冲在汇聚点收集成一束双脉冲光束，通过一块1/4波片和偏振片组成的分束器分成等强度的两束偏振方向相互垂直的光，共同入射到一块非线性晶体片上，获得倍频输出，通过测量多个倍频光在空间的相对位置来获得多个脉冲之间的相对时间延迟。本专利技术的技术解决方案如下一种精密测量超短激光脉冲时间同步的装置，其光路布置如图2所示。其特征在于它主要包括薄反射—透射镜8、45°全反镜7、由1/4波片11和偏振片10构成的分束器18、全反镜12、由45°全反镜13和45°14全反镜互为直角而构成直角反射器15、全反镜16、全反镜19、非线性晶体KDP片22、线阵CCD21和示波器9，其位置关系如下薄反射—透射镜8置于两个不同方向入射的待测光束的汇聚点，将该两束光脉冲收集成一束平行出射的双脉冲光束，经45°全反镜7的反射进入分束器18，分束器18中的1/4波片11用于将入射光变成圆偏振光，经偏振片10形成强度基本相等而偏振方向相互垂直的两束激光，其反射光经全反镜12、直角反射器15和全反镜16射到非线性晶体KDP片22上，由偏振片10透射的偏振光经全反镜19反射到非线性晶体KDP片22上，该两束偏振方向相互垂直的激光脉冲在晶体中和晶体相互作用产生二次谐波，由线阵CCD21探测该二次谐波在空间的位置，示波器9连接线阵CCD21。为了改善装置，在全反镜19和非线性晶体KDP片22之间还有反射镜20和21，如图3所示。所述的直角反射器(15)可以沿入射光方向前后移动。所述的精密测量超短激光脉冲时间同步的装置在使用前要定标，定标包括如下测量具体步骤(1)首先将薄反射—透射镜8放置在两待测脉冲光束在空间的交点上，调节薄反射—透射镜8的方向，使得一光束入射到薄反射—透射镜8部分透过薄反射—透射镜8出射，而另一束入射到薄反射—透射镜8上的光束部分被薄反射—透射镜8反射，并形成共线光束；(2)通过45°全反镜7反射进入相关测量仪17中的一束平行光，首先调节1/4波片11使成为圆偏振光，偏振片10将入射的圆偏振光分成强度基本相同的两路偏振方向垂直的反射和透射偏振光；(3)通过偏振片10透射出去的一束偏振光经过全反镜19反射后，入射到非线性晶体KDP片22上；(4)通过偏振片10反射的一束偏振光经过全反镜12反射进入由45°全反镜13和45°全反镜14构的成直角反射器15，再经全反镜16将这束偏振光反射到非线性晶体KDP片22上；(5)挡住一个方向入射到薄反射—透射镜8上的脉冲，只留任意一个单脉冲入射，仔细前后调节直角反射器15的位置，使得从入射到非线性晶体KDP片22上的两束偏振光在非线性晶体KDP片22中产生的二次谐波沿两束入射的偏振光的角平分线出射；此时表明从分束器18输出的两路偏振方向相互垂直的两路光束到达非线性晶体KDP片20的光程相同。(6将入射到薄反射—透射镜8上的脉冲都放过来，在非线性晶体KDP片22上产生三个空间出射方向不同的二次谐波脉冲，入射到线阵CCD23上；(7)在示波器9上测试线阵CCD21上采集到的多脉冲信号。(8)然后移动直角反射器15改变一路偏振光的光程，移动长度为L，在示波器9上测量入射到线阵CCD21上的二次谐波位置的改变量T0，则示波器9上得到的脉冲间隔ΔT对应的时间为t＝2LΔT/T0C式中C是真空中的光速。本专利技术的原理见图4。首先将空间的两个超短脉冲合并成一束双脉冲的平行光束，然后分成强度基本相同的两束双脉冲平行光束。以相互间延迟为Δt的双脉冲为例，合束后再分成的A和B两路双脉冲光束在非线性晶体KDP片22中，有如图4(a)、图4(b)和图4(c)描述的三种相互作用方式，在空间将产生三束不同方向出射的二次谐波入射到线阵CCD21上，而在示波器9上显示如图4(d)所示的脉冲波形。三个脉冲是等间隔的，间隔ΔT就对应双脉冲之间的延时Δt。根据定标的结果，就可以从示波器9上显示的脉冲间隔ΔT推算出脉冲延时Δt。测量的原理是，当A路光和B路光在晶体中交错时，A路光中的两个脉冲和B路光中的两个脉冲会分别在四个位置相交。其中，图4(a)当A路光中的前一个脉冲和B路光中的前一个脉冲相交时，由于有相同的延时，在非线性晶体KDP片20中同样的位置A路光中的后一个脉冲和B路光中的后一个脉冲相交；图4(b)当A路光中的后一个脉冲和B路光中的前一个脉冲相交时，由于和图4(a)中不同的延时，所以它们在非线性晶体KDP片20中的交点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精密测量超短激光脉冲时间同步的装置，其特征在于它主要包括：薄反射－透射镜（８）、４５°全反镜（７）、由１／４波片（１１）和偏振片（１０）构成的分束器（１８）、全反镜（１２）、由４５°全反镜（１３）和４５°全反镜（１４）互为直角而构成直角反射器（１５）、全反镜（１６）、全反镜（１９）、非线性晶体ＫＤＰ片（２２）、线阵ＣＣＤ（２１）和示波器９，其位置关系如下：薄反射－透射镜（８）置于两个不同方向入射的待测光束的汇聚点，将该两束光脉冲收集成一束平行出射的双脉冲光束，经４５°全反镜（７）的反射进入分束器（１８），分束器（１８）中的１／４波片（１１）用于将入射光变成圆偏振光，经偏振片（１０）形成强度基本相等而偏振方向相互垂直的两束激光，其反射光经全反镜（１２）、直角反射器（１５）和全反镜（１６）射到非线性晶体ＫＤＰ片（２２）上，由偏振片（１０）透射的偏振光经全反镜（１９）反射到非线性晶体ＫＤＰ片（２２）上，该两束偏振方向相互垂直的激光脉冲在晶体中和晶体相互作用产生二次谐波，由线阵ＣＣＤ（２１）探测该二次谐波在空间的位置，示波器（９）连接线阵ＣＣＤ（２１）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓蕴沛，冷雨欣，唐斌，陆海鹤，林礼煌，李儒新，季忠刚，
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：31[中国|上海]