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，包括分束器、计算机控制的微动台、透镜、非线性晶体、光阑和光谱仪，其特征在于所述的分束器是由第一１×２反射式达曼光栅、第二１×２反射式达曼光栅和第三１×２反射式达曼光栅立体配置而构成的反射式达曼光栅分束器，所述的第二１×２反射式达曼光栅置于计算机控制的微动台上。本实用新型专利技术具有结构紧凑，光路调节方便、易加工、成本低等优点。（*该技术在2015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，特别是一种超短脉冲频率分辨光学开关法测量装置，它是一种采用反射式达曼(Dammann)光栅的单发频率分辨光学开关法的超短脉冲测量装置，该装置为双层三光栅结构，其中一个光栅作为移动臂。
技术介绍
自二十世纪九十年代以来超短脉冲特别是飞秒(fs＝10-15秒)激光技术取得了快速的发展，由于飞秒激光脉冲具有时域超短特性，能够对物理、化学、生物、医学等领域进行超快现象的研究。同时，飞秒激光脉冲还具有极高的峰值功率，是进行各种非线性现象研究的有力工具。飞秒激光脉冲作用下各种现象的研究是通过飞秒脉冲测量技术实现的，通过对飞秒光的时域、频域以及传输等特性的测量获得飞秒动态系统响应的物理本质。同时，测量技术的发展对飞秒激光技术本身的发展也有巨大的推动作用，对产生更短持续时间的激光脉冲具有巨大的指导作用。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)和光谱位相相干电场重构法(spectral phaseinterferometry for direct electric-field reconstruction，SPIDER)都是目前采用较多的两种方法。频率分辨光学开关法测量装置基本结构是将飞秒脉冲通过半透半反的分束镜使之分成两束光，一束光作为探测脉冲，另一束光作为开关脉冲。然后将两束脉冲光以一定角度聚焦到非线性晶体上，产生频率转换，改变开关脉冲光的光程并利用光谱仪测量对应的频率转换光，得到强度相对于时间和频率的二维图谱(FROG Trace)，对图谱应用迭代算法得到飞秒脉冲的振幅和位相。图1是频率分辨光学开关法的标准测量装置，该装置采用了半透半反的光分束器1。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，而且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，这也增加了光路调节的难度。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种超短脉冲频率分辨光学开关法测量装置，应具有能消除基底介质对飞秒脉冲的展宽，加工方便、结构紧凑、光路调节方便和成本低的优点。本技术的技术解决方案如下一种超短脉冲频率分辨光学开关法测量装置，包括分束器、计算机控制的微动台、透镜、非线性晶体、光阑和光谱仪，其特征在于所述的分束器是由第一1×2反射式达曼光栅、第二1×2反射式达曼光栅和第三1×2反射式达曼光栅立体配置而构成的反射式达曼光栅分束器，所述的第二1×2反射式达曼光栅置于计算机控制的微动台上，其位置关系是当一束飞秒脉冲光在竖直平面内并以一个小角度入射到周期为d，深度为λc/4的第一反射式1×2达曼光栅上，在水平面内被分成-1级P光束和+1级G束光，这两束光分别被放置在后面距离L处并且在同一平面的第二反射式1×2达曼光栅和第三反射式1×2达曼光栅所衍射，又分别产生P-1级、P+1级两束光和G-1级、G+1级两束光，其中第二反射式1×2达曼光栅衍射的P+1级光束被第一挡板遮住，第三反射式1×2达曼光栅所衍射的G-1级光被第二挡板遮住，而第二反射式1×2达曼光栅衍射的P-1级光束和第三反射式1×2达曼光栅所衍射的G光+1级平行地入射到透镜，会聚于非线性晶体，通过光阑被光谱仪接收。所述的小角度小于2°。所述的第二反射式1×2达曼光栅和第三反射式1×2达曼光栅与第一反射式1×2达曼光栅的距离L应保证由第一反射式1×2达曼光栅产生的+1级光和-1级光能够在空间上分离。本技术的技术效果如下1、本技术装置的核心是采用三块达曼光栅，很容易实现脉冲的等光程，具有结构紧凑，光路调节方便的优点。2、由于采用反射式达曼光栅代替分束镜，可消除分束镜基底介质对飞秒脉冲的展宽，由于达曼光栅的制造技术与微电子加工技术相兼容，具有易加工、成本低的优点。附图说明图1现有的标准的超短脉冲频率分辨光学开关法测量装置结构示意图。图2为本技术超短脉冲频率分辨光学开关法测量装置结构俯视示意图。图3为图2测量装置示侧视图。图4根据本技术实验获得的FROG图谱解算出的脉冲的振幅和位相。图其中1-分束器；2-微动台；3-直角锥反射镜；4为直角锥反镜；5为反射镜；6为透镜；7为非线性晶体；8为光阑；9为光谱仪；11-第一1×2反射式达曼光栅；12-第二1×2反射式达曼光栅；13-第三1×2反射式达曼光栅；2-计算机控制的微动台；31-第一遮光板；32-第二遮光板。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步说明。先请参阅图2和图3，本技术超短脉冲频率分辨光学开关法测量装置，包括分束器1、计算机控制的微动台2、透镜6、非线性晶体7、光阑8和光谱仪9，其特征在于所述的分束器1是由第一1×2反射式达曼光栅11、第二1×2反射式达曼光栅12和第三1×2反射式达曼光栅13立体配置而构成的反射式达曼光栅分束器，所述的第二1×2反射式达曼光栅12置于计算机控制的微动台2上，其位置关系是当一束飞秒脉冲光在竖直平面内并以一个小于2°的小角度入射到周期为d，深度为λc/4的第一反射式1×2达曼光栅11上，在水平面内被分成-1级P光束和+1级G束光，这两束光分别被放置在后面距离L处并且在同一平面的第二反射式1×2达曼光栅12和第三反射式1×2达曼光栅13所衍射，又分别产生P-1级、P+1级两束光和G-1级、G+1级两束光，其中第二反射式1×2达曼光栅12衍射的P+1级光束被第一挡板31遮住，第三反射式1×2达曼光栅13所衍射的G-1级光被第二挡板32遮住，而第二反射式1×2达曼光栅12衍射的P-1级光束和第三反射式1×2达曼光栅13所衍射的G光+1级平行地入射到透镜6，会聚于非线性晶体7，通过光阑8被光谱仪9接收。对本技术装置的技术效果分析如下达曼光栅是一种衍射光学器件，目前广泛地应用于阵列照明。通过控制达曼光栅一个周期内的拐点的位置以及位相值实现对入射光束的控制，达曼光栅可以容易地将一束入射光分束成m×n(m，n为整数)束。当一束中心波长为λ的激光垂直入射到到开口比为1∶2的反射式达曼的光栅时，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θ＝sin-1(λ/d)(1)光栅深度h与反射光的衍射效率有关η=I+1=I-1=I04π2sin2φ2---(2a)]]>φ=4πλh---(2b)]]>其中I+1，I-1分别为+1级和-1级反射光的强度，I0为入射脉冲光的强度，h为光栅的深度。由公式2可以得出当h＝λ/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％。本技术超短脉冲频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超短脉冲频率分辨光学开关法测量装置，包括分束器（１）、计算机控制的微动台（２）、透镜（６）、非线性晶体（７）、光阑（８）和光谱仪（９），其特征在于所述的分束器（１）是由第一１×２反射式达曼光栅（１１）、第二１×２反射式达曼光栅（１２）和第三１×２反射式达曼光栅（１３）立体配置而构成的反射式达曼光栅分束器，所述的第二１×２反射式达曼光栅（１２）置于计算机控制的微动台（２）上，其位置关系是：当一束飞秒脉冲光在竖直平面内并以一个小角度入射到周期为ｄ，深度为λ↓［ｃ］／４的第一反射式１×２达曼光栅（１１）上，在水平面内被分成－１级Ｐ光束和＋１级Ｇ束光，这两束光分别被放置在后面距离Ｌ处并且在同一平面的第二反射式１×２达曼光栅（１２）和第三反射式１×２达曼光栅（１３）所衍射，又分别产生Ｐ－１级、Ｐ＋１级两束光和Ｇ－１级、Ｇ＋１级两束光，其中第二反射式１×２达曼光栅（１２）衍射的Ｐ＋１级光束被第一挡板（３１）遮住，第三反射式１×２达曼光栅（１３）所衍射的Ｇ－１级光被第二挡板（３２）遮住，而第二反射式１×２达曼光栅（１２）衍射的Ｐ－１级光束和第三反射式１×２达曼光栅（１３）所衍射的Ｇ光＋１级平行地入射到透镜（６），会聚于非线性晶体（７），通过光阑（８）被光谱仪（９）接收。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周常河，戴恩文，
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]