CN103868604A - 基于分子电离探测的飞秒激光脉冲宽度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分子电离探测的飞秒激光脉冲宽度测量装置，包括飞秒激光脉冲光束发射源，与飞秒激光脉冲光束发射源相对的同一水平面上设有分束片，飞秒激光脉冲光束经过分束片后形成两道光束通道，通过第一道光束通道中平面高反射镜C的飞秒激光脉冲光束和通过第二道光束通道中平面高反射镜F的飞秒激光脉冲光束经过合束片后在聚焦透镜的作用下与飞行时间质谱仪的超声分子束精确重合。本发明简单实用、调节方便、数据采集与数据处理迅速，可以适应不同脉冲宽度和不同波长的飞秒激光脉冲宽度与脉冲形状的测量和实时监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种飞秒激光脉冲光学参量的测量装置，具体涉及一种基于分子电离探测的飞秒激光脉冲宽度测量装置。
背景技术
飞秒激光及相应飞秒激光技术的研究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而迅速发展。其中一个重要方面的应用是利用飞秒激光脉冲和飞秒激光光谱学方法来研究蛋白质、纳米材料、半导体等各类材料中的超快动力学特性。比如，可采用飞秒泵浦-探测技术和飞秒受激拉曼散射技术等研究蛋白质结构动力学，半导体和纳米材料载流子动力学。另一方面，飞秒激光的脉冲形状和脉冲宽度是飞秒激光脉冲应用中一个重要的光学参量，对它的测量或实时监测在很多实验和应用中十分必要。目前，脉冲测量的两个重要方法是频率分辨光开关（Frequency-resolved optical grating简称FROG)方法和自参考光谱干涉(self-referenced spectral interferometry 简称SRSI)方法，然而上述两种测量方法都是基于光电探测器的脉冲测量方法，而光电探测器都有一定的频率响应范围，因此利用传统的光学探测器测量飞秒激光脉冲光学参量的方法对于待测激光的频率受到了限制。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种简单实用、调节方便、数据采集与数据处理迅速的基于分子电离探测的飞秒激光脉冲宽度测量装置，该装置可以利用光的干涉效应和激光电离分子来测量复杂的飞秒激光脉冲光学参量。
本发明的技术方案为：基于分子电离探测的飞秒激光脉冲宽度测量装置，包括飞秒激光脉冲光束发射源，其特征在于：与飞秒激光脉冲光束发射源相对的同一水平面上设有分束片，飞秒激光脉冲光束经过分束片后形成两道光束通道，其中第一道光束通道沿光束前进方向依次设有平面高反射镜A、平面高反射镜B和平面高反射镜C，第二道光束通道沿光束前进方向依次设有平面高反射镜D、平面高反射镜E和平面高反射镜F，所述的平面高反射镜B和平面高反射镜C设置于高精度电动平移台上形成高精度光学延迟平台，通过第一道光束通道中平面高反射镜C的飞秒激光脉冲光束和通过第二道光束通道中平面高反射镜F的飞秒激光脉冲光束经过合束片后在聚焦透镜的作用下与飞行时间质谱仪的超声分子束精确重合，所述的聚焦透镜设置于合束片的后方，飞行时间质谱仪设置于聚焦透镜的后方，所述的飞行时间质谱仪包括超声分子束系统、束源腔、电离腔、离子透镜和微通道板探测器，其中超声分子束系统主要由载气装置、进气管道和样品池构成，载气装置与样品池通过进气管道相连接，束源腔通过进气管道与样品池相连通，该进气管道的末端设有脉冲阀，束源腔的下方连接有分子泵A，分子泵A与机械泵A连接，所述的电离腔设置于束源腔的一侧，电离腔的下方连接有分子泵B，分子泵B与机械泵B连接，在电离腔内设有离子透镜，该离子透镜包括沿超声分子束前进方向依次平行设置的极板A、极板B和极板C，所述的微通道板探测器设置于与离子透镜相对的方向上。
本发明利用Labview实现对高精度电动平移台和微通道板探测器输入采集卡的信号进行自动化控制。
本发明具有以下有益效果：1、利用光的干涉效应来测量复杂的飞秒激光脉冲宽度；2、本发明结构简单，仅仅利用几个平面高反射镜就可以进行脉冲测量和进行泵浦探测实验，减少了光学元件带来的稳定性影响，提高了系统的可靠性和稳定性；3、与先前的装置相比，本发明的装置主要通过飞秒激光电离分子来检测，因此显著地提高了飞秒激光脉冲测量的频率范围，可以实现对深紫外到中红外超宽带光谱范围的周期量级到几百飞秒的激光脉冲的测量。
附图说明
图1是本发明的光路结构示意图，图2是本发明800 nm中心波长约50 fs激光脉冲的实验结果图。
图面说明：1、飞秒激光脉冲光束发射源，2、分束片，3、平面高反射镜A，4、平面高反射镜B，5、平面高反射镜C，6、高精度电动平移台，7、平面高反射镜D，8、平面高反射镜E，9、平面高反射镜F，10、合束片，11、聚焦透镜，12、飞行时间质谱仪，13、超声分子束系统，14、束源腔，15、电离腔，16、离子透镜，17、微通道板探测器，18、载气装置，19、样品池，20、进气管道，21、脉冲阀，22、分子泵A，23、分子泵B，24、机械泵A，25、机械泵B，26、极板A，27、极板B，28、极板C。
具体实施方式
结合附图详细描述实施例。基于分子电离探测的飞秒激光脉冲宽度测量装置，包括飞秒激光脉冲光束发射源1，与飞秒激光脉冲光束发射源1相对的同一水平面上设有分束片2，飞秒激光脉冲光束经过分束片2后形成两道光束通道，其中第一道光束通道沿光束前进方向依次设有平面高反射镜A 3、平面高反射镜B 4和平面高反射镜C 5，第二道光束通道沿光束前进方向依次设有平面高反射镜D 7、平面高反射镜E 8和平面高反射镜F 9，所述的平面高反射镜B 4和平面高反射镜C 5设置于高精度电动平移台6上形成高精度光学延迟平台，平面高反射镜B 4和平面高反射镜C 5在高精度电动平移台6的带动下沿光束方向前后进行高精度运行，通过第一道光束通道中平面高反射镜C 5的飞秒激光脉冲光束和通过第二道光束通道中平面高反射镜F 9的飞秒激光脉冲光束经过合束片10后在聚焦透镜11的作用下与飞行时间质谱仪12的超声分子束精确重合，所述的聚焦透镜11设置于合束片10的后方，飞行时间质谱仪12设置于聚焦透镜11的后方，所述的飞行时间质谱仪12包括超声分子束系统13、束源腔14、电离腔15、离子透镜16和微通道板探测器17，其中超声分子束系统13主要由载气装置18、进气管道20和样品池19构成，载气装置18与样品池19通过进气管道20相连接，束源腔14通过进气管道20与样品池19相连通，该进气管道20的末端设有脉冲阀21，束源腔14的下方连接有分子泵A 22，分子泵A 22与机械泵A 24连接，所述的电离腔15设置于束源腔14的一侧，电离腔15的下方连接有分子泵B 23，分子泵B 23与机械泵B 25连接，在电离腔15内设有离子透镜16，该离子透镜16包括沿超声分子束前进方向依次平行设置的极板A 26、极板B 27和极板C 28，所述的微通道板探测器17设置于与离子透镜16相对的方向上，分子被电离形成的离子在电场的作用下飞向微通道板探测17，最后通过耦合电路与计算机上的采集卡连接。本发明利用Labview实现对高精度电动平移台6和微通道板探测器17输入采集卡的信号进行自动化控制。
用本测量装置测量800 nm中心波长约50 fs激光脉冲，其测量结果如图2所示，由此可以通过本装置实现对深紫外到近红外超宽带光谱范围的周期量级到几百飞秒的激光脉冲的测量。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。
Claims (2)
1.基于分子电离探测的飞秒激光脉冲宽度测量装置，包括飞秒激光脉冲光束发射源，其特征在于：与飞秒激光脉冲光束发射源相对的同一水平面上设有分束片，飞秒激光脉冲光束经过分束片后形成两道光束通道，其中第一道光束通道沿光束前进方向依次设有平面高反射镜A、平面高反射镜B和平面高反射镜C，第二道光束通道沿光束前进方向依次设有平面高反射镜D、平面高反射镜E和平面高反射镜F，所述的平面高反射镜B和平面高反射镜C设置于高精度电动平移台上形成高精度光学延迟平台，通过第一道光束通道中平面高反射镜C的飞秒激光脉冲光束和通过第二道光束通道中平面高反射镜F的飞秒激光脉冲光束经过合束片后在聚焦透镜的作用下与飞行时间质谱仪的超声分子束精确重合，所述的聚焦透镜设置于合束片的后方，飞行时间质谱仪设置于聚焦透镜的后方，所述的飞行时间质谱仪包括超声分子束系统、束源腔、电离腔、离子透镜和微通道板探测器，其中超声分子束系统主要由载气装置、进气管道和样品池构成，载气装置与样品池通过进气管道相连接，束源腔通过进气管道与样品池相连通，该进气管道的末端设有脉冲阀，束源腔的下方连接有分子泵A，分子泵A与机械泵A连接，所述的电离腔设置于束源腔的一侧，电离腔的下方连接有分子泵B，分子泵B与机械泵B连接，在电离腔内设有离子透镜，该离子透镜包括沿超声分子束前进方向依次平行设置的极板A、极板B和极板C，所述的微通道板探测器设置于与离子透镜相对的方向上。
2.根据权利要求1所述的基于分子电离探测的飞秒激光脉冲宽度测量装置，其特征在于：利用Labview实现对高精度电动平移台和微通道板探测器输入采集卡的信号进行自动化控制。
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| CN (1) | CN103868604A (zh) |
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