单次皮秒激光脉冲宽度测量装置制造方法及图纸

一种单次皮秒激光脉冲宽度的测量装置，该装置由分束镜、延迟调节器、第一反射镜、第二反射镜、反射光栅、ＫＤＰ倍频晶体、滤波片、ＣＣＤ阵列和示波器组成，其位置关系是：在待测激光脉冲输入方向是所述的分束镜，待测激光脉冲光束经所述的分束镜分为透射光束和反射光束，透射光束经所述的延迟调节器和第一反射镜进入所述的ＫＤＰ倍频晶体，反射光束经过所述的第二反射镜和反射光栅后也进入ＫＤＰ倍频晶体，两束光在ＫＤＰ倍频晶体中产生的非共线相关信号，该相关信号经所述的滤波片进入ＣＣＤ阵列，最后显示在示波器上。经计算即可得出被测脉冲的宽度。本发明专利技术对单次皮秒激光脉冲宽度的测量不仅有效提高了测量的灵敏度，而且扩大了可测脉冲的波长范围。

Single picosecond laser pulse width measuring device

A device for measuring single picosecond laser pulse width, the device is composed of a beam splitter, a delay regulator, a first mirror, second mirror, reflection grating, KDP crystal, filter, CCD array and an oscilloscope, its position is: the measured laser pulse input direction is the beam splitter the measured laser pulse beam through the beam splitter into transmitted and reflected beams, delay KDP crystal regulator and the first reflector enters the transmission beam through the reflected beam, after the second mirror and reflected light after the gate into KDP crystal the non collinear signal light beams generated in KDP crystal in the relevant signal through the filter, the CCD into the array, finally displayed on the oscilloscope. The width of the measured pulse can be obtained by calculation. The measurement of the width of the single picosecond laser pulse not only improves the sensitivity of the measurement, but also enlarges the wavelength range of the measurable pulse.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高功率超短激光脉冲，是一种单次超短激光脉冲宽度的测量装置，它利用分束镜将待测激光束分成反射光束和透射光束，反射光栅在一束光中引入脉冲波前倾 斜(横向时间延迟)并与另一束光在倍频晶体中非共线相互作用产生相关信号，从而实现 皮秒激光脉冲宽度的单次测量。
技术介绍
近年来，随着新晶体和新激光器的出现，对光参量振荡器(0P0)和光参量放大器 (0PA)的研究取得了很多成果，并且随着啁啾脉冲放大技术(CPA)的发展，高能量超短激光 脉冲的产生有了很大的突破。由于超短脉冲激光的放大多为低重复频率，脉冲之间的重复 性差，高能量激光脉冲宽度的准确测量成为一个重要问题。早期的超短激光脉冲大多是由 振荡器产生的，激光脉冲的重复频率高，单脉冲能量低，脉冲之间的稳定性也比较好，所以 传统的强度相关方法测量得到的相关曲线是建立在大量激光脉冲叠加的基础上。而对于低 重复频率的超短激光脉冲来说，由于激光脉冲的重复频率低，单脉冲能量高，脉冲之间的重 复性差，所以需要建立能对单次激光脉冲进行实时监测的系统。 早期的双光子荧光法和条纹相机都可以实现皮秒激光脉冲宽度的单次测量，但 是，前者带有很强的背景干扰信号，使得主脉冲附近的弱信号很难被探测到，而后者不但价 格昂贵、时间延迟和动态范围不易调整，而且时间分辨率有限(几个皮秒)。后来，人们利用 非共线二次谐波技术将激光脉冲的时间分布转换为空间分布，用空间探测器(如CCD)对光 强分布进行测量，然后换算出激光脉冲的时间特征。这种方法虽然可以实现较高的时间分 辨率，但可测的波长范围有限(几十飞秒量级)。Wyatt and Marinero利用一块光栅对掠入射的待测光束进行扩束并引入横向时间延迟，实现了对皮秒到百皮秒范围的激光脉冲宽 度的单次测量[参见在先技术Versatile Single-ShotBackgro皿d-Free Pulse Duration Measurement Technique,for Pulses ofSubnanosecond to Picosecond Duration，，Appl. Phys. 25,297-301 (1981)]。 图1是他们的测量装置结构示意图。其基本思路是首先利用反射光栅1将掠入 射的待测光束进行扩束并引入横向时间延迟，然后经反射镜2进入分束镜3，被分成两束， 一束中放入道威棱镜4使光束沿着扩展的方向反转，另一束放入石英补偿块5调节相对延 迟以保证两束光同步到达倍频晶体(甲酸锂晶体)6，从而产生非共线相关信号(二次谐波 信号)，经过狭缝光阑7和滤波片(UG5玻璃)8之后，用探测器(摄像管)9接收该信号，通 过换算得出结果。该装置虽然能够实现对皮秒到百皮秒波长范围的激光脉冲宽度的单次测 量，但光束在掠入射经过光栅时的损耗是很高的，另外，还需要用道威棱镜反转光束，用石 英补偿块补偿光程差，这使得装置更为复杂，无形中增加了光路调节难度。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要弥补上述现有技术的不足，提供一种单次皮秒激光脉冲宽度3测量的装置。该装置对皮秒激光脉冲宽度的测量不仅可有效提高了测量灵敏度，而且扩大了可测脉冲的波长范围。 本专利技术的技术解决方案如下 —种单次皮秒激光脉冲宽度的测量装置，其特点在于该装置由分束镜、延迟调节 器、第一反射镜、第二反射镜、反射光栅、KDP倍频晶体、滤波片、CCD阵列和示波器组成，其 位置关系是在待测激光脉冲输入方向是所述的分束镜，待测激光脉冲光束经所述的分束 镜分为透射光束和反射光束，透射光束经所述的延迟调节器和第一反射镜进入所述的KDP 倍频晶体，反射光束经过所述的第二反射镜和反射光栅后也进入KDP倍频晶体，两束光在 KDP倍频晶体中产生的非共线相关信号，该相关信号经所述的滤波片进入CCD阵列，显示在 示波器上。 在所述的分束镜之前还有扩束望远镜。 本专利技术是将待测脉冲经被分束镜分为透射光束和反射光束。透射光束经过延迟 调节器和一块反射镜进入KDP晶体，反射光束经过另一块反射镜和一块反射光栅后也进入 KDP晶体，两束光在KDP倍频晶体中产生的非共线相关信号经滤波片进入CCD阵列，显示在 示波器上，经计算即可得出被测脉冲的宽度。 本专利技术的技术效果如下 1、本专利技术的核心是只需在一束光中引入横向时间延迟，然后与另一束光相互作 用，而不需要反转装置(道威棱镜)，即可实现皮秒激光脉冲宽度的单次测量，简化了实验 装置。 2、本方法将扩束和引入横向时间延迟分开进行，避免了光束掠入射光栅时导致的 过度损耗，有效提高了装置的灵敏度。 3、通过选用高精度的延迟调节器和高分辨率的CCD阵列可以有效提高脉冲宽度 测量的时间分辨率。 4、可以通过选取不同的光栅和衍射级次、光束口径等相关参数来实现更大波长范 围的脉冲宽度的测量。附图说明 图1是现有的单次皮秒激光脉冲宽度测量装置结构示意图。 图2是本专利技术单次皮秒激光脉冲宽度测量装置结构示意图。 图3是所述的光栅引入脉冲波前倾斜的光路示意图。 图4是两激光脉冲在非线性晶体中相互作用的示意图。具体实施例方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制本专利技术的保护范 围。 先请参阅图2，图2是本专利技术单次皮秒激光脉冲宽度测量装置具体实施例的结构 示意图。由图可见，本专利技术单次皮秒激光脉冲宽度的测量装置，该装置实施例由扩束望远镜 10、分束镜3-2、延迟调节器11、第一反射镜2-4、第二反射镜2-5、反射光栅1-2、 KDP倍频 晶体12、滤波片13、CCD阵列14和示波器(图中未示)组成，其位置关系是在待测激光脉冲输入方向依次是扩束望远镜10、分束镜3-2，待测激光脉冲光束经所述的分束镜3-2分为 透射光束和反射光束，透射光束经所述的延迟调节器11和第一反射镜2-4进入所述的KDP 倍频晶体12，反射光束经过所述的第二反射镜2-5和反射光栅1-2后也进入KDP倍频晶体 12，两束光在KDP倍频晶体12中产生的非共线相关信号，该相关信号经所述的滤波片13进 入CCD阵列14，最后显示在示波器上。 本专利技术的技术解决方案是基于以下原理 图3为一衍射光栅引入脉冲波前倾斜(横向时间延迟)的示意图。此时光栅方程为 均波长d(sini-sinQ) =mX (1)其中d为光栅常数，i为入射角，e为反射角，m为衍射级次，A为激光脉冲的平 设Di为入射光束的口径，光栅引入的总的横向时间延迟可表示为r' =-^ (2)cos/ 其中C为真空中的光速。显然，如果我们选择适当的衍射光栅和衍射级次并结合 光束口径和入射角的大小，便可以获得更大范围的横向时间延迟。 我们利用图4得出二次谐波信号的强度分布。设两束光的时间强度分布分别为 IJt)和I2(t)，由于探测器对二次谐波的响应是一个对时间的积分过程，所以探测器所接 收到的光信号为 糊k匸/々-4 — X)^ (3)2 2 2 =匸/![,'-(r + *)]/2(,'KcxG2(r + *)其中，G2(t + t ' /2)是二次谐波自相关函数，晶体中的坐标x。处的时间延迟为 。如果用反射镜代替光栅，即不引入脉冲波前倾斜(横向时间延迟)，则相应的有可以得出晶体中的坐标x。'处对应的时间延迟为:，2厄；sinW/2) (5) c 其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单次皮秒激光脉冲宽度的测量装置，其特征在于该装置由分束镜（３－２）、延迟调节器（１１）、第一反射镜２－４、第二反射镜（２－５）、反射光栅（１－２）、ＫＤＰ倍频晶体（１２）、滤波片（１３）、ＣＣＤ阵列（１４）和示波器组成，其位置关系是：在待测激光脉冲输入方向是分束镜（３－２），待测激光脉冲光束经所述的分束镜（３－２）分为透射光束和反射光束，透射光束经所述的延迟调节器（１１）和第一反射镜（２－４）进入所述的ＫＤＰ倍频晶体（１２），反射光束经过所述的第二反射镜（２－５）和反射光栅（１－２）后也进入ＫＤＰ倍频晶体（１２），两束光在ＫＤＰ倍频晶体（１２）中产生的非共线相关信号，该相关信号经所述的滤波片（１３）进入ＣＣＤ阵列（１４），显示在示波器上。

【技术特征摘要】
一种单次皮秒激光脉冲宽度的测量装置，其特征在于该装置由分束镜(3-2)、延迟调节器(11)、第一反射镜2-4、第二反射镜(2-5)、反射光栅(1-2)、KDP倍频晶体(12)、滤波片(13)、CCD阵列(14)和示波器组成，其位置关系是在待测激光脉冲输入方向是分束镜(3-2)，待测激光脉冲光束经所述的分束镜(3-2)分为透射光束和反射光束，透射光束经所述的延迟调节器(11)和第一反...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福领，谢兴龙，孙美智，毕群玉，林尊琪，
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]