CN104501974A - 一种简单的飞秒脉冲宽度测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简单的飞秒脉冲宽度测量系统，该系统包括聚焦元件、飞秒脉冲分光延时子系统、高压产生模块及数据采集处理系统；当未知脉宽的飞秒光学超短脉冲，经过聚焦元件后进入飞秒脉冲分光延时子系统，在该子系统中，飞秒光学超短脉冲被分光镜分为两束，这两束光的光程差由调节高压产生模块的输出信号从而改变压电陶瓷的伸缩量来控制。最后两束光经反射镜到达双光子探测器上同一位置。通过改变控制压电陶瓷的高压信号即改变脉冲的延迟时间，得到双光子探测器所测到的信号的时序变化，经过数据处理得到飞秒光学超短脉冲的宽度。本发明采用聚光元件、压电陶瓷和双光子探测器，具有简单、可行性强、结构紧凑的特点。

Description

一种简单的飞秒脉冲宽度测量系统

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，特别是一种简单的飞秒脉冲宽度的测量系统，用于测量光脉冲宽度达到飞秒级别的超短光脉冲的脉宽。

背景技术

目前测量激光脉冲的普遍方法是自参考光谱位相相干电场重建法、频率分辨光学开关法以及自相关法。总体思路为：将激光分成两束光，在其中一束光的光路中加入机械步进电机，然后将两束光汇聚到非线性晶体上，操控步进电机以及利用位相匹配，实现激光脉冲宽度的测量。然而前述脉冲宽度的测量方法均需采用非线性晶体并进行位相匹配来实现，这一过程比较复杂，不易操作。另外近年出现不需采用非线性晶体，利用具有非线性响应的光电探测器来测量光脉冲宽度的方法，原理与前述方法基本一致，省去非线性晶体，但这种脉冲宽度的测量方法均需要高精度机械步进电机来完成，对硬件设备要求高。因此，寻找一种简单的，可行的飞秒脉冲宽度测量系统，正是业界亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足而提供的一种简单的飞秒脉冲宽度测量系统，以实现对飞秒级别光脉冲宽度的方便化测量。

为实现上述发明目的，本发明采用了以下具体技术方案：

一种简单的飞秒脉冲宽度测量系统，特点是它包括：

聚焦元件，用于对被测飞秒超短脉冲光束进行聚焦；

飞秒脉冲分光延时子系统，与聚焦元件光路连接，用于对聚焦后的飞秒超短脉冲光束进行分光、延时和测试；

高压产生模块，与飞秒脉冲分光延时子系统连接，用于提供控制飞秒脉冲分光延时子系统的驱动电压；

数据采集处理模块，连接飞秒脉冲分光延时子系统及高压产生模块，产生对高压产生模块的控制信号，采集飞秒脉冲分光延时子系统中的输出信号，并进行信号处理，得到脉冲宽度；其中：

所述飞秒脉冲分光延时子系统包括分光镜、反射镜、延时线和双光子探测器，对聚焦后的飞秒超短脉冲光束由分光镜分成两束，其中一束通过延时线上的反光镜对，再经过反射镜到达双光子探测器，另一束通过固定的反射镜直接到达双光子探测器，两束光在双光子探测器表面会聚一点；其中，所述分光镜、反射镜、延时线及双光子探测器之间光路连接，延时线采用压电陶瓷驱动；双光子探测器连接数据采集处理模块；延时线连接高压产生模块。

所述聚焦元件为反射镜和聚光反射镜。

所述聚焦元件的焦点是双光子探测器的表面。

本发明中，任意未知脉宽的飞秒超短脉冲光束，经过聚焦反射元件聚焦后进入飞秒脉冲分光延时子系统。在飞秒脉冲分光延时子系统，飞秒激光被分光镜分为两束，这两束光的光程差可以由调节高压产生模块的输出信号从而改变压电陶瓷的伸缩量来控制；最后两束光经反射镜到达双光子探测器上同一位置。通过改变控制压电陶瓷的高压信号即改变脉冲的延迟时间，同时读取双光子探测器输出信号，通过对两个分束到双光子探测器的延时关联进行分析即能得到光脉冲的宽度。本发明中，聚焦元件聚焦的焦点处于分光延时子系统中的双光子探测器的表面。

本发明区别于现有技术的特点：

包含一个聚焦元件，对输入的飞秒脉冲进行聚焦，提高双光子探测器所得的信号的程度，双光子探测器对激光束没有线性量子反应。

利用压电陶瓷驱动延时系统，体积小，往复频率高，能够将整体实验装置的占用面积减小到便携的程度。

本发明实现了对飞秒激光脉冲宽度的测量，并克服了现有脉冲宽度测量中利用非线性晶体及机械步进电机所带来的缺陷。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例

参阅图1，本实施例包括反射镜101、聚焦元件102、分光镜201、延时线（压电陶瓷与反射镜）202、反射镜203、反射镜204、双光子探测器205；高压产生模块301、数据采集处理模块401，采用模块化设计，其中，聚焦元件，反射镜101和聚光反射镜102，用于对被测飞秒脉冲进行聚焦；飞秒脉冲分光延时子系统提供时间延迟变化以及双光子探测信号，包括分光镜201、延时线202、反射镜203、反射镜204、双光子探测器205；其中，延时线202为压电陶瓷驱动的反射镜对，包含压电陶瓷和反射镜两部分，反射镜对置于压电陶瓷一端，压电陶瓷的另一端固定。反射镜对能够跟随压电陶瓷伸缩而产生空间位移。高压产生模块301提供一个控制压电陶瓷的高压信号；数据采集处理模块401连接双光子探测器205和高压产生模块301，产生对高压产生模块301的控制信号，采集双光子探测器205中的输出信号，并进行信号处理，得到脉冲宽度。

在构建本发明时，调整聚焦元件和飞秒脉冲分光延时子系统的距离，使聚焦元件的焦点在飞秒脉冲分光延时子系统的双光子探测器205表面。

本发明是这样工作的：

未知脉宽的飞秒光学超宽脉冲经反射镜101、聚焦反射镜102聚焦后，进入飞秒脉冲分光延时子系统中，然后飞秒光学超短脉冲被分光镜201分为两束，其中一束光进入延时线202中，两束光的光程差可以由调节延时线202中的反射镜的空间位置来控制，而反射镜置于压电陶瓷之上，可以由高压产生模块301的输出信号来控制压电陶瓷伸缩量进而控制反射镜的空间位置，达到控制延时线的效果。随后，两束光分别经过反射镜203、204到达双光子探测器205上的同一位置。双光子探测器205的输出信号传送到数据采集处理模块401，由此可以得到两束光的光强的时序变化。根据自相关原理，当两束光的光程差在零附近时，双光子探测器205得到的光强信号会数倍增加，由此可以从时序变化图中提取出脉宽数据。

Claims (3)

1.一种简单的飞秒脉冲宽度测量系统，其特征在于该系统它包括：

聚焦元件，用于对被测飞秒超短脉冲光束进行聚焦；

飞秒脉冲分光延时子系统，与聚焦元件光路连接，用于对聚焦后的飞秒超短脉冲光束进行分光、延时和测试；

高压产生模块，与飞秒脉冲分光延时子系统连接，用于提供控制飞秒脉冲分光延时子系统的驱动电压；

数据采集处理模块，连接飞秒脉冲分光延时子系统及高压产生模块，产生对高压产生模块的控制信号，采集飞秒脉冲分光延时子系统中的输出信号，并进行信号处理，得到脉冲宽度；其中：

所述飞秒脉冲分光延时子系统包括分光镜、反射镜、延时线和双光子探测器，对聚焦后的飞秒超短脉冲光束由分光镜分成两束，其中一束通过延时线上的反光镜对，再经过反射镜到达双光子探测器，另一束通过固定的反射镜直接到达双光子探测器，两束光在双光子探测器表面会聚一点；其中，所述分光镜、反射镜、延时线及双光子探测器之间光路连接，延时线采用压电陶瓷驱动；双光子探测器连接数据采集处理模块；延时线连接高压产生模块。

2.根据权利要求1所述的飞秒脉冲宽度测量系统，其特征在于所述聚焦元件为反射镜和聚光反射镜。

3.根据权利要求2所述的飞秒脉冲宽度测量系统，其特征在于所述聚焦元件的焦点是双光子探测器的表面。