一种飞秒激光脉冲形状的测量装置，构成包括沿待测飞秒激光脉冲光束前进方向依次的四小孔板、介质延迟片、部分区域镀膜反射镜、抛物面反射镜、三阶非线性介质片、小孔光阑、聚焦透镜、凹面反射镜和高精度光谱仪，该高精度光谱仪的输出端接计算机的输入端。本发明专利技术装置具有结构简单实用，调节方便，数据采集与数据处理迅速的特点，并且可以适应不同脉冲宽度和不同波长的飞秒激光脉冲宽度和脉冲形状的测量和实时监测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞秒激光脉冲测量，特别是一种飞秒激光脉冲形状的测量装置。
技术介绍
随着飞秒激光脉冲在科研、生物、医疗、加工、通信、国防等社会各个领域的应用的拓展与深入。飞秒激光器与相应飞秒激光技术的研究也迅速发展。飞秒激光的脉冲形状与脉冲宽度是一个飞秒激光脉冲应用中的重要的光学参量，对它的测量或实时监测在很多实验和应用中十分必要。因此，一种结构简单，实用和调节方便的激光脉冲宽度测量与实时监测的装置对于推动飞秒激光的应用非常重要。最近，一种基于交叉偏振波(cross-polarized wave,简称XPW)用作参考光的自参考光谱干涉(self-referenced spectral interferometry,简称 SRSI)方法被用来测量激光脉冲。在此方法中，仅仅需要3次简单迭代计算就可以很快获得测量激光的光谱和光谱相位。这是目前为止最为简单方便并可以进行脉冲宽度单发测量的方法。然而，该方法需要光学偏振元件。由于偏振光学元件也只对特定激光波长有效，并且有一定的光谱带宽，这样也就限制了这一方法只能在特定光谱范围内应用。 偏振光学元件的色散也使其对IOfs以下短脉冲测量的有限制。我们最近也提出一种基于自衍射效应的SRSI方法，这种方法不受色散限制，但是目前此方法结构有些复杂。
技术实现思路
本专利技术是一种基于透明介质中的瞬态光栅效应的自参考光谱干涉飞秒激光脉冲的实时测量方法，提供一种飞秒激光脉冲形状的测量装置。该装置具有结构简单实用，调节方便，数据采集与数据处理迅速的特点，并且可以适应不同脉冲宽度和不同波长的飞秒激光脉冲宽度和脉冲形状的测量和实时监测。本专利技术的技术解决方案如下 一种飞秒激光脉冲形状的测量装置，特点在于其构成包括沿待测飞秒激光脉冲光束前进方向依次的四小孔板、介质延迟片、部分区域镀膜反射镜、抛物面反射镜、三阶非线性介质片、小孔光阑、聚焦透镜、凹面反射镜和高精度光谱仪，该高精度光谱仪的输出端接计算机的输入端，所述的三阶非线性介质片置于所述的抛物面反射镜的焦点上，所述的待测飞秒激光脉冲光束经四小孔板后分成四束激光入射所述的部分区域镀膜反射镜，在所述的四小孔板和部分区域镀膜反射镜之间的四束激光中的一束激光的光路上设置所述的介质延迟片，经该介质延迟片的一束激光产生延时称为延时光束，该延时光束入射在所述的部分区域镀膜反射镜的未镀膜区域；其他三束未延时光束入射在所述的部分区域镀膜反射镜的镀膜区域，延时光束和三束未延时光束经所述的抛物面反射镜反射聚焦在所述的三阶非线性介质片上，三束未延时光束产生瞬态光栅效应形成信号光束，该信号光束正好跟所述的延迟光束在一个方向上，利用小孔光阑选取所述的信号光束和所述的延迟光束，经过聚焦透镜或者凹面反射镜和平面高反射镜聚焦到所述的高精度光谱仪中，该高精度光谱仪获得的光谱输入所述的计算机，经数据处理后显示待测飞秒激光脉冲形状。本专利技术具有以下显著的特点 (a)本专利技术采用了瞬态光栅效应产生的瞬态光栅光波作为参考光，实验证明瞬态光栅光波没有空间啁啾和角色散，因此测量更加准确。瞬态光栅效应是自相位匹配过程和对称结构，因此可以对从深紫外到中红外超宽带光谱范围和周期量级到几百飞秒的激光脉冲的测量。并且瞬态光栅效应需要的入射激光脉冲能量低，可以对纳焦耳量级的振荡器进行测量。(b)本专利技术装置结构非常简单，仅仅利用了几个反射镜，两块玻璃片就可以获得信号光与待测激光的干涉光谱。(c)本专利技术采用自参考光谱方法(SRSI)来测量激光脉冲，SRSI方法中只需经过约三次的迭代计算就可以获得待测激光脉冲的激光光谱、光谱相位、脉冲形状和脉冲时域相位的信息，响应速度快。(d)与在先技术相比，本专利技术显著地提高了飞秒激光脉冲测量的光谱和脉冲宽度的适应范围、并且同时提高了计算速度，可以实时监测激光脉冲形状。可以用作飞秒激光脉冲脉冲宽度的单发测量和实时监测。(e)利用抛物面反射镜来聚焦激光可以聚焦的更小，系统调节更加方便，并减少了激光入射角度的影响。(f)利用聚焦透镜、凹面反射镜或抛物面反射镜来聚焦信号到光谱仪可以更加方便和聚焦到更小光斑，提高耦合效率。附图说明图1为本专利技术的一个典型实例装置光路结构图。图2是利用本专利技术实例装置图1测量800 nm中心波长37 fs激光脉冲实验结果图。具体实施方式先请参阅图1，图1为本专利技术的一个典型实例装置光路结构图。由图可见，本专利技术 飞秒激光脉冲形状的测量装置，其构成包括沿待测的飞秒激光脉冲光束前进方向依次的四 小孔板2、介质延迟片3、部分区域镀膜反射镜4、抛物面反射镜5、三阶非线性介质片6、小孔 光阑7、聚焦透镜8、凹面反射镜9和高精度光谱仪10，该高精度光谱仪10的输出端接计算 机11的输入端，所述的三阶非线性介质片6置于所述的抛物面反射镜5的焦点上，所述的 待测飞秒激光脉冲光束经四小孔板2后分成四束激光入射所述的部分区域镀膜反射镜4， 在所述的四小孔板2和部分区域镀膜反射镜4之间的四束激光中的一束激光的光路上设置 所述的介质延迟片3，经该介质延迟片3的一束激光产生延时称为延时光束，该延时光束入 射在所述的部分区域镀膜反射镜4的未镀膜区域；其他三束未延时光束入射在所述的部分 区域镀膜反射镜4的镀膜区域，四束激光反射后经所述的抛物面反射镜5反射聚焦在所述 的三阶非线性介质片6上，其中三束未延时光束产生瞬态光栅效应形成信号光束，该信号 光束正好跟所述的延迟光束在一个方向上，利用小孔光阑7选取所述的信号光束和所述的 延迟光束，经过聚焦透镜或者凹面反射镜8和平面高反射镜9聚焦到所述的高精度光谱仪 10中，该高精度光谱仪10获得的光谱输入所述的计算机11，经数据处理后获得待测的飞秒 激光脉冲形状。图1测量装置的光路走势如下，一束光斑足够大(直径大于5 mm)的入射激光束I 经过小孔板2后，小孔板上的四个小孔透过相等口径的四束激光，这四束激光位于正方形 四个角，也叫“盒子形状(box)”。其中一束激光透过一块合适厚度的玻璃片，而其它三束 激光在空气自由传播，这样这束透过玻璃片的激光与其它三束激光之间具有一定的时间延 迟。然后，四束激光经过平面反射镜4，其中延迟的那束激光经过未镀膜的四分之一区域反 射，其它三束激光则经过镀有高反膜的四分之三区域反射。经过反射镜4的光以合适的角 度入射到抛物面反射镜5上，并被它聚焦到介质玻璃片6上。其中三束未延时光束经过高 反射的激光在介质玻璃片6上产生瞬态光栅效应，其产生的信号光波正好跟延迟的那一束 待测光波在一个方向上。利用小孔光阑7选取信号光波和延迟的待测光波，经过聚焦透镜 或者凹面反射镜8和平面高反射镜9聚焦到高精度光谱仪10中，结合计算机11测得光谱 信号。在装置结构中，小孔板2上的四个小孔大小和间距根据入射光斑大小来选取，以 四个光斑互不影响，并且通过能量最大为原则。玻璃片3材料的选取根据入射激光波长来 确定，以在激光波长带宽范围透明，色散小为原则。材料的厚度则跟入射激光带宽和中心波 长有关，入射激光带宽宽，脉冲宽度短，则玻璃材料要薄，具体根据后面测得的干涉光谱条 纹是否可以分辩和精度为原则。4与5的膜根据入射激光中心波长不同可以镀银膜和铝膜 等。6的材料选择需要对入射激光透明，三阶非线性系数要高，并且厚度要合适。10为高光 谱精度的光谱本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种飞秒激光脉冲形状的测量装置，特征在于其构成包括沿待测的飞秒激光脉冲光束前进方向依次的四小孔板（2）、介质延迟片（3）、部分区域镀膜反射镜（4）、抛物面反射镜（5）、三阶非线性介质片（6）、小孔光阑（7）、聚焦透镜（8）、凹面反射镜（9）和高精度光谱仪（10），该高精度光谱仪（10）的输出端接计算机（11）的输入端，所述的三阶非线性介质片（6）置于所述的抛物面反射镜（5）的焦点上，所述的待测飞秒激光脉冲光束经四小孔板（2）后分成四束激光入射所述的部分区域镀膜反射镜（4），在所述的四小孔板（2）和部分区域镀膜反射镜（4）之间的四束激光中的一束激光的光路上设置所述的介质延迟片（3），经该介质延迟片（3）的一束激光产生延时称为延时光束，该延时光束入射在所述的部分区域镀膜反射镜（4）的未镀膜区域；其他三束未延时光束入射在所述的部分区域镀膜反射镜（4）的镀膜区域，四束激光反射后经所述的抛物面反射镜（5）反射聚焦在所述的三阶非线性介质片（6）上，其中三束未延时光束产生瞬态光栅效应形成信号光束，该信号光波正好跟所述的延迟光束在一个方向上，利用小孔光阑（7）选取所述的信号光束和所述的延迟光束，经过聚焦透镜或者凹面反射镜（8）和平面高反射镜(9)聚焦到所述的高精度光谱仪（10）中，该高精度光谱仪（10）获得的光谱输入所述的计算机（11），经数据处理后获得待测的飞秒激光脉冲形状。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，李方家，刘奇福，张素侠，李儒新，
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：
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