超短脉冲频率分辨光学开关法测量装置制造方法及图纸

一种超短脉冲频率分辨光学开关法测量装置，该装置仅利用一块１×２反射式达曼光栅，还包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、计算机控制的微动台、透镜、非线性晶体和光谱仪，本实用新型专利技术仅用一块反射达曼光栅和三块反射镜实现了超短脉冲光测量，从而消除了传统的透／反射式光分束器对脉冲光的影响，同时达曼光栅的制造技术与微电子加工技术相兼容，因此具有易加工、成本低的优点。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及超短激光脉冲测量，特别是一种超短脉冲频率分辨光学开关法 测量装置，它是一种采用一块反射式达曼(Dammarm)光栅分束并补偿色散的多发频率 分辨光学开光法的超短脉冲测量装置。
技术介绍
超短激光脉冲特别是飞秒(fs^10—"秒)激光脉冲具有时域超短、宽光谱和高峰 值功率特性，是进行各种超快现象和非线性过程研究的有力工具。飞秒激光脉冲测量有很多种方法，其中频率分辨光学开关法(frequency-resolved optical gating, FROG)禾Q光谱位相相干电场重构法(spectral phase interferometry for direct electric-field reconstruction, SPIDER)，是目前采用较多的两种方 法。现有的频率分辨光学开关法测量装置的基本结构如图1所示，飞秒激光脉冲光1被分束镜2分成两束反射的开关脉冲和透射的探测脉冲，开关脉冲经过直角反-射镜3沿着反方向反射。该直角反射镜3被固定在计算机控制的微动台4上。探测 脉冲被直角反射镜5和反射镜6反射并与开关脉冲平行。然后将两束脉冲光被透镜 7聚焦到非线性晶体8上，产生频率转换，信号光通过遮光板9被光谱仪10测量接 收，通过微动台4改变两束光的时延差得到强度相对于时间和频率的二维图谱 (FROGTrace)，对图谱应用迭代算法得到飞秒脉冲的振幅和位相。 飞秒激光脉冲特别是非常短的脉冲具有很宽的频谱，因此理想的分束器应当具 有如下性质1. 分束器的反射膜对宽光谱具有平坦的反射率。2. 分束器对透射光的时域展宽尽量小，吸收尽量小。3. 分束器的反射率跟入射光的偏振状态无关。但事实上目前的分束器很难达到上述要求，例如，对于20飞秒以下的超短脉 冲，为了减小对透射光的时域展宽，要求反射镜片厚度不超过50微米，同时要保证表面平整度和基底强度，这是比较难加工的。另外，具有宽光谱的半透半反的膜层 也很难镀制，成本也很高。另外频率分辨光学开关法测量方法需要保证两个脉冲具有相同的光程，由图1可以看出使用的反射镜较多，这就增加了光路调节的难度。在先技术3我们提出了一种利用达曼光栅测量超短脉冲的方法，该方法利用三块反 射式达曼光栅将入射光分束并补偿色散。
技术实现思路
本技术提出一种超短脉冲频率分辨光学开关法测量装置，该测量装置仅利 用单块反射式达曼光栅代替分束镜。本技术的技术方案如下一种超短脉冲频率分辨光学开关法测量装置，该装置仅利用一块lx2反射式达 曼光栅，还包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、计算机控制的微动台、透镜、非线性晶体和光谱仪，所述的反射式lx2达曼光栅的周期为d，深度为^/4，光栅刻槽水平放置，其中^/〉〉呔.，々为中心波长，第一反射镜与所述的反射式"2达曼光栅相对放置，第二反射镜和第三反射镜位于同一平面并处于所述的第一反射镜 与所述的反射式1 x 2达曼光栅之间。 所述的角度a小于2。。因为达曼光栅是一种衍射光学器件，可以容易地将一束入射光分束成 mx" (/ ,"为整数)束。当一束中心波长为义的激光垂直入射到到开口比为1:2的反射式达曼光栅时，反射光会分成强度相同的两束光，而且出射光与光栅法线的夹角 为^ = siiT'(;i/i/) (1) 光栅深度/z与反射光的衍射效率有关<formula>formula see original document page 5</formula>其中/+|,/—,分别为+ l级和一l级反射光的强度，/。为入射脉冲光的强度，//为光栅的深度。由公式2可以得出当/2 =义/4时，每束反射光具有最高的衍射效率 40.5% ，总的衍射效率为81% 。与在先技术3相比该技术有如下优点只用一块反射式达曼光栅，成本降低。 该技术能够实现出射光束的自动平行，调节更为方便。 出射光路与入射光具有相同的高度，方便测量。 结构紧凑，装置体积减小。综上所述，本技术用一块反射达曼光栅和三块反射镜实现了超短脉冲光测 量，从而消除了传统的透/反射式光分束器对脉冲光的影响，同时达曼光栅的制造技 术与微电子加工技术相兼容，因此具有易加工、成本低的优点。附图说明图1是标准的超短脉冲FROG测量装置。其中l为入射超短脉冲；2为分束镜；3为直角锥反射镜；4计算机控制的微动 台；5为直角锥反射镜；6为反射镜；7为透镜；8为非线性晶体；9为光阑；10为光谱仪。图2是本技术利用一块反射式达曼光栅的超短脉冲FROG测量装置侧视图。 图3是本技术利用一块反射式达曼光栅的超短脉冲FROG测量装置俯视图。 其中ll为入射光；12为lx2反射式达曼光栅；13， 14-1， 14-2为反射镜，15 为计算机控制的微动台；16为透镜；17为非线性晶体；18为光谱仪。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术作进一步说明。先请参阅图2、图3，图2和图3分别是本技术的测量装置的侧视图和俯视 图，由图可见本技术超短脉冲频率分辨光学开光法测量装置，仅利用一块lx2反 射式达曼光栅12，还包括第一反射镜13、第二反射镜14-1、第三反射镜14-2、计算 机控制的微动台15、透镜16、非线性晶体17和光谱仪18，其位置关系如下所述的反射式ix2达曼光栅12的周期为"(j ;U,深度为4/4，光栅刻槽水平放置， 当一束中心波长为^，宽度为r。的飞秒脉冲光ll在竖直平面内传输并以一个小角度 "入射到所述的反射式lx2达曼光栅12上，在垂直平面内被分成一l级和+ 1级两 束光，这两束光被放置在后面的第一反射镜13重新反射到所述的反射式lx2达曼光 栅12上，再次衍射后得到两束平行出射的光，这两束光分别被第三反射镜14-2和 置于计算机控制的微动台15上的第二反射镜14-1反射后，再被所述的透镜16聚焦 在非线性晶体17上，由该非线性晶体17的信号光被光谱仪18采集。本技术的一个具体实施例，采用周期"-100/im表面镀金的反射式达曼光 栅12测量中心波长800nm的超短激光脉冲11。光栅12的深度为义/4 = 0.2///n时， 装置的衍射效率最大。反射式达曼光栅12和第一反射镜13的距离为150mra。 " = 1.5 度。透镜16焦距200咖，非线性晶体17采用偏硼酸钡(BBO)晶体作为频率上转换 晶体。通过计算机控制的微动台15改变光程并用光谱仪18测量和频光得到了 FROG 图谱。权利要求1、一种超短脉冲频率分辨光学开关法测量装置，其特征在于该装置仅利用一块1×2反射式达曼光栅(12)，还包括第一反射镜(13)、第二反射镜(14-1)、第三反射镜(14-2)、计算机控制的微动台(15)、透镜(16)、非线性晶体(17)和光谱仪(18)，所述的反射式1×2达曼光栅(12)的周期为d，深度为λc/4，光栅刻槽水平放置，λc为中心波长，第一反射镜(13)和所述的反射式1×2达曼光栅(12)相对放置，第二反射镜(14-1)和第三反射镜(14-2)位于同一平面并处于第一反射镜(13)和反射式1×2达曼光栅(12)之间。专利摘要一种超短脉冲频率分辨光学开关法测量装置，该装置仅利用一块1×2反射式达曼光栅，还包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超短脉冲频率分辨光学开关法测量装置，其特征在于该装置仅利用一块１×２反射式达曼光栅（１２），还包括第一反射镜（１３）、第二反射镜（１４－１）、第三反射镜（１４－２）、计算机控制的微动台（１５）、透镜（１６）、非线性晶体（１７）和光谱仪（１８），所述的反射式１×２达曼光栅（１２）的周期为ｄ，深度为λ↓［ｃ］／４，光栅刻槽水平放置，λ↓［ｃ］为中心波长，第一反射镜（１３）和所述的反射式１×２达曼光栅（１２）相对放置，第二反射镜（１４－１）和第三反射镜（１４－２）位于同一平面并处于第一反射镜（１３）和反射式１×２达曼光栅（１２）之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴恩文，周常河，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]