CN100363725C - 多功能实时光谱位相相干仪 - Google Patents

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张志刚
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Abstract

本发明公开了一种多功能实时光谱位相相干仪，用于测量飞秒激光脉冲位相、形状和宽度的技术，属于飞秒激光技术领域。该相干仪包括光纤光谱仪、干涉自相关仪及展宽器构成的，其特征在于，光纤光谱仪采用双通道的光纤光谱仪；将原有迈克尔逊型时间延迟线结构中的一个固定臂的中空角体反射镜设在压电晶体或者扬声器上构成振动臂，并在时间延迟线的输出端加入双光子二极管接收器，构成干涉自相关仪，形成干涉自相关仪与光谱位相干涉仪集成一体化；展宽器采用可调谐光栅展宽器。本发明的优点在于，该相干仪具有干涉自相关仪和光谱位相干涉仪两种功能，可实时单次测量，测量范围宽，通用性强。

Description

多功能实时光谱位相相干仪
技术领域
本发明涉及一种多功能实时光谱位相相干仪，用于测量飞秒激光脉冲位相、形状和宽度的技术。属于飞秒激光技术领域。
背景技术
飞秒(10-15秒)激光脉冲的产生、放大、传输、变换和应用离不开对脉冲特性刻划的测量技术。目前在国外采用的测量脉冲位相的技术之一就是“光谱位相相干直接电场重构法”，称为“SPIDER”。典型的SPIDER测量装置如附图1所示。其测量原理为：待测的脉冲进入装置后首先被分成强弱不同的两束，其中强的一束进入展宽器中展宽为啁啾脉冲，另一束较弱的被一个迈克尔逊干涉仪装置分为两个具有时间延迟τ的脉冲对。构成脉冲对中的两个脉冲除了具有时间延迟τ以外没有任何差别，它们与另外一束的啁啾脉冲，以I类或II相位匹配方式在BBO晶体中进行频率上转换，和频后的脉冲对被光谱仪记录下它们之间光谱相干的干涉条纹，再将干涉条纹输入到计算机中并用SPIDER的反演算法处理就可以得到入射脉冲的位相。
上述的测量技术有以下不足：(1)采用单通道的光谱仪，通常首先测量出啁啾脉冲与脉冲对的“和频信号”干涉谱，然后挡掉啁啾脉冲后，再测量出脉冲对本身的“倍频信号”谱。这样就不可能真正做到“实时”测量。(2)上述技术的应用过程中，经常要与“干涉自相关仪”测得的脉冲宽度进行比较，即经常要使用“干涉自相关仪”这种仪器。(3)通常采用玻璃作为展宽器，该展宽器仅能提供较小且固定的展宽量，使该仪器只能适用较窄的测量范围。
参考文献
[1]柴路、高峰、王清月、张志刚，光电子·激光，13(2002)，647
[2]P.Baum，S.Lochbrunner et al.，Appl.Phys.B.，74[Suppl.](2002)，219.
[3]L.Gallmann，D.H.Sutter et al.，Opt.Lett.，24(1999)，1314.
[4].柴路、何铁英、杨胜杰、王清月、张志刚，物理学报，53(2004)，114
发明内容
本发明旨在提供一种多功能实时光谱位相相干仪。该相干仪可实时单次测量；测量范围宽，通用性强。
本发明是通过以下技术方案实现的，包括光纤光谱仪、干涉自相关仪及展宽器构成的多功能实时光谱位相相干仪，其特征在于，光纤光谱仪采用双通道的光纤光谱仪；将原有迈克尔逊型时间延迟线结构中的一个固定臂的中空角体反射镜设在压电晶体或者扬声器上构成振动臂，并在时间延迟线的输出端加入双光子二极管接收器，构成干涉自相关仪，形成干涉自相关仪与光谱位相干涉仪集成一体化；展宽器采用可调谐光栅展宽器。
本发明的优点在于：该设计具有多功能性，干涉自相关仪和光谱位相干涉仪一体化，既可测量脉冲相位又可测量脉冲宽度；可实时单次测量；测量范围宽，通用性强。
附图说明
图1是现有的SPIDER结构框图。
图中：1为迈克尔逊干涉仪型时间延迟线，2为玻璃块展宽器，3为单通道光纤光谱仪。
图2是本发明多功能实时光谱位相干涉仪装置结构框图。
图中：4为干涉自相关器，5为分束镜，6为光栅展宽器，7为BBO晶体，8为双通道光纤光谱仪。
具体实施方式
本发明的多功能实时光谱位相相干仪的结构如附图2所示，主要由光栅展宽器、干涉自相关仪(时间延迟线)、BBO晶体(和频)和双通道光纤光谱仪构成。
实现测量飞秒激光脉冲位相、形状和宽度的过程如下：待测脉冲首先经分束镜5分为强弱两路，强的一路经过光栅展宽器6展宽成啁啾脉冲；弱的一路经过迈克尔逊型时间延迟线4形成脉冲对；脉冲对与啁啾脉冲同时进入BBO晶体7进行和频；采用双通道光纤光谱仪同时测量出“和频信号”和“倍频信号”的干涉谱。展宽器采用可调谐光栅展宽器取代玻璃块展宽器。光栅展宽器由光栅、角镜、平面镜构成。调节光栅与角镜之间的距离就改变了展宽量。将原有迈克尔逊干涉仪型时间延迟线结构中的一个固定臂(每个中空角体反射镜构成延迟线的一个臂)设计成“振动臂”。方法是将该臂的中空角体反射镜安装在压电晶体或者扬声器上，当给压电晶体或者扬声器加上周期电信号后，中空角体反射镜沿轴向往返移动，就实现了“振镜结构”。在迈克尔逊干涉仪型时间延迟线结构的输出位置，引入“双光子二极管”作为接收器，该接收器装在移动平台上。当接收器移入光路时，就与带有“振动臂”的迈克尔逊干涉仪型延迟线构成了“干涉自相关仪”，可以进行脉宽的测量。当接收器移出光路时，仍为迈克尔逊干涉仪型延迟线。用双通道光纤光谱仪同时测量展宽的啁啾脉冲与脉冲对经BBO和频的干涉谱，以及脉冲对自倍频的干涉谱。双通道光纤光谱仪主要由光纤头、光栅、CCD构成。用两个光纤头分别接收两路信号，两条光纤上下排列，两路信号同时入射到同一光栅的上下位置(或者两块不同的光栅)进行光谱展开，然后用二维CCD同时对两路信号的光谱采样，并进入计算机进行图像和数据处理。

Claims (1)

1.一种多功能实时光谱位相相干仪，包括光纤光谱仪、干涉自相关仪及展宽器构成，利用光纤光谱仪的两个光纤头分别接收两路信号，两路信号同时入射到同一光栅的上下位置进行光谱展开，然后用二维CCD同时对两路信号的光谱采样，并进入计算机进行图像和数据处理，其特征在于，光纤光谱仪采用双通道的光纤光谱仪；将原有迈克尔逊型时间延迟线结构中的一个固定臂的中空角体反射镜设在压电晶体或者扬声器上构成振动臂，并在时间延迟线的输出端加入双光子二极管接收器，构成干涉自相关仪，形成干涉自相关仪与光谱位相干涉仪集成一体化；展宽器采用可调谐光栅展宽器。
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