转镜式自相关测量仪制造技术

本实用新型专利技术是用于测量超短激光脉冲宽度的转镜式自相关测量仪。在金属外壳内，由一半反镜将待测光脉冲分成强度相同的两路光；一路由半反镜反射的Ｒ光束经过一转镜和全反镜原光路返回到半反镜，另一路由半反镜透过的Ｔ光束经过两全反镜也返回到半反镜。两路光都经过半反镜后再经一透镜聚焦于倍频晶体上。由光电倍增管接受倍频晶体上产生的谐波相关信号送到示波器上。本新型具有抗电磁波、抗杂散光，结构简单紧凑，使用方便，可重复性好，可实时检测等优点。（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是一种主要用于测量超短激光脉冲宽度(10-14～10-12秒)的转镜式自相关测量仪。由于电子探测技术的时间极限分辩率，目前一般制约在1皮秒(10-12秒)左右，人们只能用光学方法来测量飞秒量级(10-15～10-13秒)的激光脉宽。多年来，测量皮秒量级(10-12～10-10秒)或飞秒量级激光脉宽的主要方法有二次谐波相关法。根据该方法制作的仪器称为自相关测量仪。目前，这种仪器大多处于实验室阶段，而且某些局部结构不太合理或过于复杂，仪器调试困难，使用步骤繁琐，可重复性差。并且往往用一些散件拼凑起来，没有成为一个真正意义上的仪器。自相关测量仪中比较重要的部分是一个可引起光程变化的部件。在一般的自相关测量仪中，该部件由装在沿光线方向前后振动的喇叭上或步进电机带动的可前后位移的机构上的全反射镜实现的。由于喇叭振动位移极小，相应光程扫描范围小，从而仪器调试困难。而且喇叭振动是非线性的，给测量结果带来误差。用步进电机带动的机构，结构比较复杂，而且步进电机来回位移频率较小，不能实时监测。本技术的目的是设计一种结构紧凑、使用方便的转镜式自相关测量仪，以达到调试方便快速，运行稳定，可重复性好，适用范围广，抗干扰能力强，可实时检测等要求。本技术测量光脉冲宽度的基本光路依着光束前进方向依次是将待测光脉冲输进自相关测量仪透光光阑24，经过半反镜6将光脉冲分成两束强度相同的光脉冲，分别通过不同的光路。其中一路由半反镜6反射后，再经过全反镜M5、M3、M4一系列反射后沿原光路返回到半反镜6，此时有50％的光透过半反镜6到透镜7。为叙述方便起见，将该光脉冲称为R光脉冲，R光脉冲从半反镜6到透镜7所经过的光程称为光程R。待测光脉冲另一路透过半反镜6后，再经过全反镜M2及全反镜M1后也回到半反镜6(可能不是原路返回)，到达半反镜6后50％反射到透镜7上。同样为叙述方便起见，将该光脉冲称为T光脉冲，T光脉冲从半反镜6到透镜7所经过的光程称为光程T。经过透镜7聚焦，两光脉冲在透镜7焦点处相交，在此处放一倍频晶体8，如果光程T和R非常接近，光脉冲在时间上有重叠，则在倍频晶体8内相互作用产生谐波信号，经过光电倍增管9将光脉冲转换成放大的电信号，接到示波器上即可观测到谐波信号，如图1所示。由于全反镜M3、M5是装在一个由电机20驱动的转镜板29上。随着电机20的转动，光程R是随着时间变化的。正是由于光程R的变化，使得光脉冲T和R有不同的重叠，产生不同强度的谐波信号，再利用光程R与时间的关系，就可得到谐波信号与时间的曲线，从而得到谐波信号宽度，再乘以一个与光脉冲形状有关的系数，就得到了光脉冲宽度，即光脉冲宽度DL＝ADX，其中A为一个与脉冲形状有关的常数，DX为测得的谐波信号宽度。本技术的总体结构见图2，是个光机电一体化的仪器。在一个不易变形的密闭的金属外壳18的底板13上固定有光阑座23上装有透光光阑24，调整架25装有半反镜6，调整架14装有全反镜M2，调整架11装有全反镜M1，调整架17装有全反镜M4，转镜22含有全反镜M3、M5，带有电机20的转镜板29，在晶体透镜座12上装有倍频晶体8和透镜7，光电倍增管9装在光电倍增管筒10内，时间延迟触发器含有光电开关16和延迟电路19，触发器的触发信号耦合到转镜22上，以提供示波器所需要的同步触发信号。触发器的同步触发信号插座27，光电倍增管9输出的谐波信号插座28，连接于延迟电路19的时间延迟旋钮21，千分杆26和其它插座、开关等则安置在外壳18的面板上光脉冲是通过透光光阑24进入自相关测量仪的。可以更换不同大小的透光光阑24。由于光阑座23的特殊结构，总能保持透光光阑24在所需的固定位置上。在放置自相关测量仪时，需要调整自相关测量仪的位置，使待测光束垂直于自相关测量仪上带有透光光阑24的面板而入射到透光光阑24内。因而透光光阑24起到了衰减光强和对自相关测量仪定位的双重功能。光束到达半反镜6后，50％反射到转镜22上。全反镜M3和M5二反射面相对平行固定在转镜板29上，而转镜板29固定在一个电机20上。打开电机20开关，二全反镜M3、M5即在光路中转动。先使电机20停止运转，而且二全反镜M3、M5都处在光路之中，调节全反镜M4，使光脉冲原路返回，那么电机20转起来之后，只要二全反镜M3、M5转动到都处于光路之中，那么光脉冲都能原光路返回，并且光程R几乎随时间作线性变化。当全反镜M3、M5的两反射面中心距离为76毫米，M3、M5有效直径为25毫米，那么光程R扫描范围为35毫米，光程随时间变化的非线性度仅为7％。这样大的光程变化范围，给仪器调试带来极大方便。因为调试自相关测量仪的一个重要步骤是调节全反镜M1使光程T处在光程R的扫描范围之中。因此要改变全反镜M1沿光线方向的前后位置以满足上述要求。对有转镜22的自相关测量仪，转镜22上的两全反镜M3和M5要放置得非常平行，否则测量难以进行。通常M3和M5二者之间的平行度控制在10″以内。透过半反镜6的光束经过全反镜M2反射到全反镜M1上，光束也将返回。两光脉冲返回到半反镜6后各有50％到达透镜7上，经过聚焦后在倍频晶体8内相互作用。透镜7与倍频晶体8装在晶体透镜座12上。透镜7和倍频晶体8之间距离可调，使倍频晶体8在透镜7焦点处。调节控制倍频晶体8的千分杆26可使倍频晶体8水平偏转，以达到两光脉冲相互作用产生谐波所需的位相匹配条件。本技术中的全反镜M1可以是直角全反镜(如图1)，也可以是平板全反镜。如果是直角全反镜，透过半反镜6的光束经过全反镜M2反射到直角全反镜M1上，光束反方向返回但产生一定位移。在光电倍增管筒10前面开一小孔光阑，仅让两光脉冲相互作用产生的倍频信号进入光电倍增管筒10内，而两光脉冲的自倍频信号无法进入(参考图1)，这样就可测量无背景的谐波信号。如果全反镜M1是一平板全反镜，那么透过半反镜6的光脉冲也将原路返回，光脉冲T和R共线进入透镜7，这种结构也可测量脉宽。由于自倍频信号与相互作用产生的信号无法分开，因此这种测量是有背景的，背景即为自倍频信号。为观测示波器上的信号，在转镜22处安置有时间延迟触发器。在转镜板29下安装一遮挡光阑15，遮挡光阑15控制着光电开关16。随着电机20的转动，当遮挡光阑通过光电开关16的槽时，光电开关16立即产生一个脉冲。光电开关16产生的脉冲半高宽在几十纳秒以内，该脉冲再经过一个延迟电路19，就可触发示波器。电路延迟时间从100纳秒～1毫秒连续可调，触发脉冲高度为4伏。由于是测量超短光脉冲，光脉冲经过晶体或玻璃会引起色散而导致光脉冲展宽。因此在设计时，半反镜6、倍频晶体8，透镜7都应该尽可能地薄以减少色散。让激光进入自相关测量仪的透光光阑24之前通过一倍频晶体，倍频晶体也可以直接放在透光光阑24上。光脉冲通过倍频晶体后部分被倍频，同时在光脉冲T所经过的光路(如半反镜6和全反镜M2之间)和光脉冲R所经过的光路(如半反镜6和转镜22之间)中分别加入不同的滤光片，一路滤掉倍频光，一路滤掉基频光，这样就可使得激光的基频光与倍频光相互作用产生三次谐波。对三次谐波进行分析就可得到信噪比。测信噪比时，除了要加一块新的倍频晶体之外，倍频晶体8要换成满足三次相关位相匹配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转镜式自相关测量仪，含有调整架（１１）、（１４）、（１７）、（２５），半反射镜（６）和全反射镜（１）、（２）、（４），其特征在于具体结构是在一金属外壳（１８）的底板（１３）上，沿着光束前进方向依次固定有装于光阑座（２３）上的透光光阑（２４），装于调整架（２５）上的半反镜（６）沿着半反镜（６）反射光前进的Ｒ光路上依次装有转镜（２２）和置于调整架（１７）上的全反镜Ｍ（４）；沿着半反镜（６）透射光的Ｔ光路上装有置于调整架（１４）上的全反镜Ｍ（２）和置于调整架（１１）上的全反镜Ｍ（１）；沿着半反射镜（６）反射和透射光前进的Ｔ和Ｒ光路上依次装有置于晶体透镜座（１２）上的透镜（７）和倍频晶体（８）以及置于光电倍增管筒（１０）内的光电倍增管（９）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建光，姚劲松，徐冰，张正泉，徐至展，
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]