基于三倍频调制采样的激光脉冲特性测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术为解决现有激光的脉冲特性在时间域的特性测量，不同的脉冲特性需要使用不同的仪器进行测量，采用的脉冲采样方法存在复杂的电流采集与分析系统的问题，而提出了一种基于三倍频调制采样的激光脉冲特性测量装置及测量方法。该装置包括激光器和在出射光路上设置的第一分束片；在参考光的光路上依次设有第二分束片、第一反射镜、凹面银镜、用于三倍频的介质片和CCD相机；所述参考光入射至CCD相机；在待测光的光路上设有第三分束片，将待测光分为基频光与信号光；基频光的光路上依次设有第二反射镜和用于合束的尖劈对；信号光的光路上设有延迟线；所述基频光与信号光经尖劈对合束后入射至凹面银镜，反射后经介质片入射至CCD相机。机。机。

【技术实现步骤摘要】
基于三倍频调制采样的激光脉冲特性测量装置及测量方法


[0001]本专利技术属于激光脉冲特性测量领域，涉及一种基于三倍频调制采样的激光脉冲特性测量装置及测量方法。

技术介绍

[0002]随着激光技术的发展，飞秒激光目前已经广泛应用于生物医学、超精密加工、信息科学等领域，作为更精确、更准、更快的工具，为上述领域提供了全新的技术手段，解决了一些固有难题，成为学科交叉融合的重要方向。目前，超快飞秒激光器已经十分成熟，波长可涵盖从紫外到中红外波段，但如何对不同波段的飞秒激光脉冲进行全方位的诊断，仍是一个十分具有挑战且重要的研究内容。
[0003]激光的脉冲特性在时间域通常包括波长、脉宽、相位等信息，在空间域通常包含光斑质量、发散角等，此外还有能量、重复频率等信息。不同的脉冲特性需要使用不同的仪器进行测量，其中时间域的特性测量尤为复杂，对于超快激光脉冲，国际上通常使用频率分辨光学开关法、色散扫描法、阿秒条纹相机、pHz光学示波器以及最近发展的基于空气隧穿电流微扰的脉冲采样方法，其中前两种方法基于复杂的重建算法，且其重建难度随着待测脉冲谱宽的增加而增长；其余方法使用相对待测脉冲更短的门信号对待测脉冲进行直接采样，其算法简单，可靠性高，但是往往需要复杂的真空系统、电子能谱测量系统和光电流采集分析系统，这为其广泛应用造成了困难。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有激光脉冲时域测量方法中的测量系统或重建算法过于复杂的问题，而提出了一种基于三倍频调制采样的激光脉冲特性测量装置及测量方法，具有算法简明可靠、测量系统结构简单易操作的优势。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于三倍频调制采样的激光脉冲特性测量装置，其特殊之处在于：包括激光器和在激光器的出射光路上设置的第一分束片，第一分束片将出射激光分为两路，分别为参考光和待测光；
[0007]在参考光的光路上依次设有用于调节参考光光强的第二分束片、用于折转光路的第一反射镜、凹面银镜、用于三倍频的介质片和CCD相机；所述参考光依次通过第二分束片、第一反射镜、凹面银镜及介质片后形成第一三倍频光，入射至CCD相机；
[0008]在待测光的光路上设有第三分束片，将待测光分为反射的基频光与透射的信号光；基频光的光路上依次设有第二反射镜和用于合束的尖劈对；信号光的光路上设有用于调节信号光光程的延迟线，经过延迟线的信号光入射至尖劈对；
[0009]所述基频光与信号光经尖劈对合束后入射至凹面银镜，反射后入射至介质片，形成第二三倍频光，入射至CCD相机。
[0010]进一步地，还包括设置在介质片和CCD相机之间的滤波片，用于去除基频光与信号
光，保留三倍频光。
[0011]进一步地，所述延迟线安装在光学平台上的压电陶瓷上，延迟线包括垂直设置的第三反射镜和第四反射镜。
[0012]进一步地，所述第一分束片、第二分束片和第三分束片的分光比均为1:1。
[0013]进一步地，所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜均为高反镜，反射率大于99％。
[0014]进一步地，所述介质片为30μm厚的片状，其材料为熔石英；
[0015]所述凹面银镜的焦距为100mm；
[0016]所述CCD相机为硅基的可见光相机。
[0017]本专利技术还提供了一种基于三倍频调制采样的激光脉冲特性测量方法，利用上述的激光脉冲特性测量装置，其特征在于，包括以下步骤：
[0018]步骤1)激光器发出激光，经过第一分束片后分为反射光和透射光；其中，反射光作为参考光，透射光为待测光；
[0019]步骤2)参考光依次经过入射第二分束片以及第一反射镜，反射后入射至凹面银镜上；参考光经凹面银镜聚焦至介质片产生三倍频光，记为第一三倍频光，第一三倍频光入射至CCD相机成像，记为第一三倍频光斑；
[0020]待测光通过第三分束片分为基频光与信号光，信号光为透射光，基频光为反射光；基频光入射至第二反射镜，信号光入射至延时线，随后同时入射至尖劈对上，尖劈对将基频光与信号光进行合束，合束后的基频光与信号光经凹面银镜后再聚焦至介质片产生三倍频光，记为第二三倍频光；第二三倍频光入射至CDD相机成像，记为第二三倍频光斑；
[0021]步骤3)通过移动延时线，对基频光与信号光在不同延时下的不同重合度的第二三倍频光斑进行采样；
[0022]步骤4)将步骤3)得到的不同重合度的第二三倍频光斑强度与第一三倍频光斑强度进行差分，获得在不同延时下的三倍频光强度调制曲线；
[0023]步骤5)通过对三倍频光强度调制曲线进行反演计算，获得待测激光的波长、相位和脉冲宽度。
[0024]进一步地，步骤5具体为：
[0025]5.1、对三倍频光强度进行调制：
[0026]δ(τ)
∝
∫E(t
‑
τ)5E(t)dt
[0027]其中，δ(τ)为三倍频光调制信号；E(t)为待测光的光场；E(t
‑
τ)5为待测光的5次幂，可以看做具有极短时间宽度的采样门函数；τ为信号光与基频光的相对延迟时间；
[0028]5.2、进一步傅里叶变换后可以得到：
[0029]F{δ(t)}
∝
F{E(t)5}
*
·
F{E(t)}
[0030]其中，F{δ(t)}为三倍频光调制的频谱；F{E(t)5}
*
为待测光的5次幂的频谱；F{E(t)}为待测光频谱；
[0031]5.3、计算得到待测激光的波长、相位和脉冲宽度；
[0032]计算校正相位：
[0033]φ
corr
(ω)＝Arg{F[E'(t)5]*
}
[0034]其中，E'(t)为近似待测光，E'(t)＝δ(t)；φ
corr
(ω)为补偿相位；
[0035]进行相位校正后的待测光频谱信息为：
[0036]E(ω)＝F[E'(t)]exp(
‑
iφ
corr
(ω))
[0037]其中，i为虚数单位；E(ω)为校正后待测光频谱；
[0038]通过逆傅里叶变换可以得到待测光的光场：
[0039]E(t)＝F
‑1{E(ω)}
[0040]待测脉冲时间分布I(t)为：
[0041]I(t)
∝
|E(t)|2。
[0042]进一步地，所述第一三倍频光和第二三倍频光通滤波片入射至CDD相机成像。
[0043]与现有技术相比，本专利技术具有的有益技术效果如下：
[0044]1、本专利技术提供的基于三倍频调制采样的激光脉冲特性测量装置，利用厚度极小的片状介质实现三倍频转换，对相位匹配要求极低，微扰光场所造成的三倍频光调制使用CCD进行采样，基于全光学器件，系统搭建简易，且操作简单、测量精度高、探测信息本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三倍频调制采样的激光脉冲特性测量装置，其特征在于：包括激光器(1)和在激光器(1)的出射光路上设置的第一分束片(2)，第一分束片(2)将出射激光分为两路，分别为参考光和待测光；在参考光的光路上依次设有用于调节参考光光强的第二分束片(3)、用于折转光路的第一反射镜(4)、凹面银镜(5)、用于三倍频的介质片(6)和CCD相机(8)；所述参考光依次通过第二分束片(3)、第一反射镜(4)、凹面银镜(5)及介质片(6)后形成第一三倍频光，入射至CCD相机(8)；在待测光的光路上设有第三分束片(11)，将待测光分为反射的基频光与透射的信号光；基频光的光路上依次设有第二反射镜(10)和用于合束的尖劈对(9)；信号光的光路上设有用于调节信号光光程的延迟线(14)，经过延迟线(14)的信号光入射至尖劈对(9)；所述基频光与信号光经尖劈对(9)合束后入射至凹面银镜(5)，反射后入射至介质片(6)，形成第二三倍频光，入射至CCD相机(8)。2.根据权利要求1所述的基于三倍频调制采样的激光脉冲特性测量装置，其特征在于：还包括设置在介质片(6)和CCD相机(8)之间的滤波片(7)，用于去除基频光与信号光，保留三倍频光。3.根据权利要求2所述的基于三倍频调制采样的激光脉冲特性测量装置，其特征在于：所述延迟线(14)安装在光学平台上的压电陶瓷上，延迟线(14)包括垂直设置的第三反射镜(12)和第四反射镜(13)。4.根据权利要求3所述的基于三倍频调制采样的激光脉冲特性测量装置，其特征在于：所述第一分束片(2)、第二分束片(3)和第三分束片(11)的分光比均为1:1。5.根据权利要求4所述的基于三倍频调制采样的激光脉冲特性测量装置，其特征在于：所述第一反射镜(4)、第二反射镜(10)、第三反射镜(12)和第四反射镜(13)均为高反镜，反射率大于99％。6.根据权利要求1
‑
5任一所述的基于三倍频调制采样的激光脉冲特性测量装置，其特征在于：所述介质片(6)为30μm厚的片状，其材料为熔石英；所述凹面银镜(5)的焦距为100mm；所述CCD相机(8)为硅基的可见光相机。7.一种基于三倍频调制采样的激光脉冲特性测量方法，利用权利要求1
‑
6任一所述的激光脉冲特性测量装置，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)激光器(1)发出激光，经过第一分束片(2)后分为反射光和透射光；其中，反射光作为参考光，透射光为待测光；步骤2)参考光依次经过入射第二分束片(3)以及第一反射镜(4)，反射后入射至凹面银镜(5)上；参考光经凹面银镜(5)聚焦至介质片(6)产生三倍频光，记为第一三倍频光，第...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹华保，黄沛，付玉喜，袁浩，王向林，王虎山，刘柯阳，林华，王屹山，赵卫，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：