CN212844018U - 一种激光脉冲自相关仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光脉冲自相关仪，包括处理器、延时组件、透镜、旋转倍频组件、光阑、探测器和测量装置，所述延时组件包括楔形棱镜，所述处理器分别和所述延时组件与探测器连接，所述楔形棱镜用于改变预置第一光束的光程，以与预置第二光束产生相位延时，所述旋转倍频组件用于使均沿第一方向传播的第一光束与第二光束倍频均产生不同频率的倍频光，以使各所述倍频光进入测量装置进行脉宽测量。采用楔形棱镜作为激光脉冲延时器能够方便地对第一光束调节出高精度的光束延时，而且结构简单成本低，旋转倍频组件能够实现对任意角度偏振态的光束脉冲自相关信号测量。

Description

一种激光脉冲自相关仪

技术领域

本实用新型涉及激光脉冲测量技术领域，尤其涉及一种激光脉冲自相关仪。

背景技术

超短激光脉冲自相关仪是测量飞秒或阿秒激光脉冲宽度的有效工具，其主要原理是将激光脉冲分成两束激光并使两束激光产生延时相关，再根据激光脉冲间的延时相关恢复出激光脉冲的时间宽度并转变为空间长度进行测量，超短激光脉冲结构简单、使用方便、运转稳定，被广泛应用于飞秒激光时域脉冲宽度测量。

近年来，业界对超短激光的量化控制要求不断提高，由此，超短激光脉冲宽度的准确测量变得至关重要。目前业内测量飞秒等超短激光脉冲的方案主要有以下两种：(1)空间光型方案，飞秒激光器采用空间光输出，采用光栅对作为色散调节器，通过改变光栅对间距实现对飞秒激光脉冲的控制；(2)光纤型方案，采用不同长度光纤跳线实现激光脉冲的色散调节。然而，方案(1)不仅对光路调节要求高，光栅对间距需精确调节，而且使用时需要由标准自相关仪对脉宽进行校准，操作繁琐；此外光栅使用将引起较大的插入损耗导致激光光斑质量降低；方案(2)尽管操作方便，但难以做到在光纤内使传输的光脉冲保持准确的水平或垂直线偏振，造成飞秒激光经过光纤跳线后极易出现双脉冲或复杂啁啾特性，导致自相关测试结果不稳定。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提出一种激光脉冲自相关仪。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种激光脉冲自相关仪，包括处理器、延时组件、透镜、旋转倍频组件、光阑、探测器和测量装置，所述延时组件包括楔形棱镜，所述延时组件、透镜、旋转倍频组件、光阑和探测器依次放置，所述处理器分别和所述延时组件与探测器连接，所述楔形棱镜用于改变预置第一光束的光程，以与预置第二光束产生相位延时，所述旋转倍频组件用于使均沿第一方向传播的第一光束与第二光束倍频均产生不同频率的倍频光，以使各所述倍频光进入测量装置进行脉宽测量。

可选地，所述楔形棱镜的棱面角小于30°。

可选地，所述旋转倍频组件包括非线性倍频晶体与旋转支架，所述非线性倍频晶体置于所述旋转支架上。

可选地，所述非线性倍频晶体包括三硼酸锂晶体、磷酸钛氧钾晶体、偏磷酸钡晶体和三硼酸铋晶体中的至少一种。

可选地，还包括分束组件，所述分束组件包括第一分束镜、第一反射镜、第二分束镜与第二反射镜，所述第一分束镜与所述第一反射镜置于所述延时组件的入光侧，所述第二反射镜与所述第二分束镜置于所述延时组件的出光侧。

可选地，所述第一分束镜用于使入射光分成第一光束与第二光束，所述第二分束镜用于使各所述光束均分成沿第一方向与第二方向的出射。

可选地，所述延时组件还包括第三反射镜，所述第三反射镜用于使第一光束沿第一方向传播。

可选地，还包括光路校准装置，所述光路校准装置用于对均沿第二方向传播的第一光束与第二光束进行校准。

可选地，还包括过滤器，所述过滤器用于使由光阑出射的倍频光衰减。

可选地，所述探测器为光电探测器。

本实用新型的有益效果是：采用楔形棱镜作为激光脉冲延时器能够方便地对第一光束调节出高精度的光束延时，而且结构简单成本低，旋转倍频组件能够实现对任意角度偏振态的光束脉冲自相关信号测量。

附图说明

图1是本实用新型一种激光脉冲自相关仪的结构框图；

图2是楔形棱镜的剖面图；

图3是本实用新型提供的激光脉冲自相关仪实施例结构示意图。

附图标记：1.第一分束镜、2.第一反射镜、3.第二反射镜、4.楔形棱镜、5.第三反射镜、6.光路校准仪、7.第二分束镜、8.透镜、9.非线性倍频晶体、10.光阑、11.滤波器、12.光电探测器、13.BBO晶体旋转支架、14.处理器、15.第一光束、16.第二光束、17.第二方向(竖直方向)、18.第一方向(水平方向)。

具体实施方式

如图1所示，一种激光脉冲自相关仪，包括处理器、延时组件、透镜、旋转倍频组件、光阑、探测器和测量装置，所述延时组件包括楔形棱镜，所述延时组件、透镜、旋转倍频组件、光阑和探测器依次放置，所述处理器分别和所述延时组件与探测器连接，所述楔形棱镜用于改变预置第一光束的光程，以与预置第二光束产生相位延时，所述旋转倍频组件用于使均沿第一方向传播的第一光束与第二光束倍频均产生不同频率的倍频光，以使各所述倍频光进入测量装置进行脉宽测量。

本实施例中，所述预置第一光束与预置第二光束是由同一光束分束后的且能量相同的两束激光；预置第一光束经设有楔形棱镜的延时部件后，其自身光程相对比预置第二光程的光程产生相位延时即将原激光光束的脉冲时间宽度转化为空间长度，预置第二光束与被延时后的预置第一光束经过透镜聚焦，以相对较小的角度入射至旋转倍频部件内在满足相位匹配的条件下，原基频光与旋转倍频部件内的媒质相互作用发生倍频效应而产生色散现象后，生成不同频率的倍频光，不同频率的倍频光经光阑后滤掉原预置第一光束与预置第二光束散射或反射的入射光，被探测器所探测，并将探测到的倍频光输入至测量装置，处理器根据接收到的延时组件与探测器检测的相位延时信号，输入激光光束的脉冲宽度，完成激光光束的脉冲宽度测量。

可选地，所述楔形棱镜的棱面角小于30°。

如图2所示，所述棱面角410指楔形棱镜的棱边延伸后相交所成的角。本实施例中所述棱面角的角度小于30°，以减少通过楔形棱镜后预置第一光束在楔形棱镜的棱面处因反射等造成的能量损失。

可选地，所述旋转倍频组件包括非线性倍频晶体与旋转支架，所述非线性倍频晶体置于所述旋转支架上。

本实施例中，所述旋转倍频组件中将非线性倍频晶体置于旋转支架上，能够以任意旋转非线性倍频晶体(晶轴)相对于入射光束的角度或位置，实现对任意偏振态的入射脉冲相位延时等自相关信号的测量。

可选地，所述非线性倍频晶体包括三硼酸锂晶体、磷酸钛氧钾晶体、偏磷酸钡晶体和三硼酸铋晶体中的至少一种。

非线性倍频晶体是一种用于倍频效应的一类非线性光学晶体，其具有不具有中心对称性、对基频波和倍频波的透明度高、二次非线性电极化系数大、有位相匹配能力、光学均匀性好、物化性能稳定和生长工艺相对容易，能得到足够大的晶体，在位相匹配方向上达到可用长度等特点，本实施例中，选择性能良好的偏磷酸钡晶体作为非线性倍频晶体，偏磷酸钡晶体具有透光范围广、吸收系数低、消光比高、相匹配角大以及抗光损伤阈值高等优点。

可选地，还包括分束组件，所述分束组件包括第一分束镜、第一反射镜、第二分束镜与第二反射镜，所述第一分束镜与所述第一反射镜置于所述延时组件的入光侧，所述第二反射镜与所述第二分束镜置于所述延时组件的出光侧。

可选地，所述第一分束镜用于使入射光分成第一光束与第二光束，所述第二分束镜用于使各所述光束均分成沿第一方向与第二方向的出射。

可选地，所述延时组件还包括第三反射镜，所述第三反射镜用于使第一光束沿第一方向传播。

本实施例中，楔形棱镜延时后的第一光束经所述第三反射镜反射以第一方向入射至所述分束组件，以避免因第一光束因和第二光束传播的方向偏差而导致的结果不准确。

可选地，还包括光路校准装置，所述光路校准装置用于对均沿第二方向传播的第一光束与第二光束进行校准。

通过设置光路校准装置对由分束组件中第二分束镜分出的均沿第二方向的第一光束与第二光束同步校准实现对后续的激光脉冲宽度准确测量。

可选地，还包括过滤器，所述过滤器用于使由光阑出射的倍频光衰减。

可选地，所述探测器为光电探测器。

本实用新型一具体实施例

如图3所示，本实用新型提供的一种激光脉冲自相关仪，包括分束组件、延时组件、光路校准仪6、透镜8、旋转倍频组件、光阑10、过滤器11、光电探测器12、测量装置和处理器14；其中，分束组件包括第一分束镜1、第一反射镜2、第二反射镜3和第二分束镜7，延时组件包括楔形棱镜4和第三反射镜5，第一分束镜1与第一反射镜2置于延时组件的入光侧，第二反射镜3与第二分束镜7置于延时组件的出光侧且第三反射镜5置于楔形棱镜4和第二分束镜7之间，参照图3第一分束镜1、第一反射镜2、第二分束镜7和第二反射镜3沿顺时针方向呈矩阵置于楔形棱镜4的四周，光路校准仪6置于第一反射镜2和第二分束镜7连线的延长线上即竖直方向上，旋转倍频组件包括偏磷酸被晶体9和旋转支架13，且偏磷酸被晶体9置于旋转支架13上，延时组件和光电探测器12分别与处理器14连接。

超快激光脉冲入射到分束组件的第一分束镜1时，超快激光脉冲被分成能量比为1：1的反射光(即第一光束)和透射光(即第二光束)，透射光经第二反射镜2被反射到第二分束镜7上；反射光经第二反射镜3被反射至延时组件内，在延时组件内被楔形棱镜4改变反射光的光程即使反射光相对于透射光产生相位延时，由楔形棱镜4出射的透射光经第三反射镜5反射以水平方向入射至第二分束镜7上。

反射光(第一光束)和透射光(第二光束)在第二分束镜7上均被分成沿水平方向(第一方向18)和竖直方向(第二方向17)传播的反射光和透射光，其中沿竖直方向传播的反射光和透射光入射至光路校准仪6进行光路校准，以便同步及时调整光路；沿水平方向传播的反射光和透射光入射至透镜8，经透镜8聚焦后入射至旋转倍频组件内的放置在旋转支架13上的偏磷酸钡晶体9上(其中，可以通过旋转倍频组件内的偏磷酸钡晶体9的晶轴，使入射的反射光和透射光沿与晶轴垂直的方向入射)，以使入射的反射光和透射光发生倍频效应，以产生色散现象；经旋转倍频组件产生的不同频率的倍频光经光阑10过滤与过滤器11衰减后，被光电探测器12探测，最后入射至测量装置进行测量，其中延时组件和光电探测器12均与处理器14连接，处理器14根据延时组件和光电探测器12反馈的相位数据信号，输出被测激光光束的脉冲宽度。

情形一：

当入射激光脉冲中心波长为1310nm，脉冲宽度约为1fs，能量约为1mJ，光束口径约为1mm×1mm，入射光的脉冲为竖直线偏振方向，拨动旋转支架13使偏磷酸钡晶体(BBO)9的晶轴处于竖直方向。从透镜8聚焦后的反射光束与透射光束以约30°的夹角沿水平方向(第一方向18)对成入射到偏磷酸钡晶体(BBO)9上，产生的倍频光束沿与偏磷酸钡晶体(BBO)9表面垂直的方向输出，通过调节延时组件使最亮光斑处于倍频光束的中央位置，此时光电探测器12记录的倍频光即为自相关信号。

情形二：

当入射激光脉冲中心波长为1310nm,脉冲宽度约为1fs，能量约为1mJ，光束口径约为1mm×1mm，入射光的脉冲为水平偏振方向，拨动旋转支架13使偏磷酸钡晶体(BBO)9的晶轴处于水平方向。从透镜8聚焦后的反射光束与透射光束以约30°的夹角沿水平方向(第一方向18)对成入射到偏磷酸钡晶体(BBO)9上，产生的倍频光束沿与偏磷酸钡晶体(BBO)9表面垂直的方向输出，通过调节延时组件使最亮光斑处于倍频光束的中央位置，此时光电探测器12记录的倍频光即为自相关信号。

情形三：

当入射激光脉冲中心波长为1310nm,脉冲宽度约为1fs，能量约为1mJ，光束口径约为1mm×1mm，入射光的脉冲为任意方向的线偏振方向，拨动旋转支架13使偏磷酸钡晶体(BBO)9的晶轴，使偏磷酸钡晶体(BBO)9输出的倍频光束最强，保持偏磷酸钡晶体(BBO)9的晶轴方向不变，调整调节延时组件使最亮光斑处于倍频光束的中央位置，此时光电探测器12记录的倍频光即为自相关信号。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种激光脉冲自相关仪，其特征在于，包括处理器、延时组件、透镜、旋转倍频组件、光阑、探测器和测量装置，所述延时组件包括楔形棱镜，所述延时组件、透镜、旋转倍频组件、光阑和探测器依次放置，所述处理器分别和所述延时组件与探测器连接，所述楔形棱镜用于改变预置第一光束的光程，以与预置第二光束产生相位延时，所述旋转倍频组件用于使均沿第一方向传播的第一光束与第二光束倍频均产生不同频率的倍频光，以使各所述倍频光进入测量装置进行脉宽测量。

2.根据权利要求1所述的一种激光脉冲自相关仪，其特征在于，所述楔形棱镜的棱面角小于30°。

3.根据权利要求1所述的一种激光脉冲自相关仪，其特征在于，所述旋转倍频组件包括非线性倍频晶体与旋转支架，所述非线性倍频晶体置于所述旋转支架上。

4.根据权利要求3所述的一种激光脉冲自相关仪，其特征在于，所述非线性倍频晶体包括三硼酸锂晶体、磷酸钛氧钾晶体、偏磷酸钡晶体和三硼酸铋晶体中的任意一种。

5.根据权利要求2-4任一项所述的一种激光脉冲自相关仪，其特征在于，还包括分束组件，所述分束组件包括第一分束镜、第一反射镜、第二分束镜与第二反射镜，所述第一分束镜与所述第一反射镜置于所述延时组件的入光侧，所述第二反射镜与所述第二分束镜置于所述延时组件的出光侧。

6.根据权利要求5所述的一种激光脉冲自相关仪，其特征在于，所述第一分束镜用于使入射光分成第一光束与第二光束，所述第二分束镜用于使各所述光束均分成沿第一方向与第二方向的出射。

7.根据权利要求1所述的一种激光脉冲自相关仪，其特征在于，所述延时组件还包括第三反射镜，所述第三反射镜用于使第一光束沿第一方向传播。

8.根据权利要求1所述的一种激光脉冲自相关仪，其特征在于，还包括光路校准装置，所述光路校准装置用于对均沿第二方向传播的第一光束与第二光束进行校准。

9.根据权利要求1所述的一种激光脉冲自相关仪，其特征在于，还包括过滤器，所述过滤器用于使由光阑出射的倍频光衰减。

10.根据权利要求1所述的一种激光脉冲自相关仪，其特征在于，所述探测器为光电探测器。

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