CN105806494A - 一种opo超短脉冲激光脉冲宽度互相关测量系统 - Google Patents
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Abstract
OPO超短脉冲激光脉冲宽度互相关测量系统,包含下述依次连接成光路的元件,反射用角锥棱镜,45度平面高反镜,45度二向色镜,聚焦透镜,窄带滤波片,周期性极化晶体,探测器;角锥棱镜固定在步进电机位移平台,周期性极化晶体置于温控炉,泵浦光分出的一路光从出光口(1)输出,经过放置在步进电机上的角锥棱镜(3),经过45度反射镜(4)后入射到二向色镜(5)上;待测的OPO超短脉冲激光脉冲亦入射到二向色镜上,OPO泵浦光与待测的OPO超短脉冲激光脉冲共线,通过调节全反射的角锥棱镜的光路光程,由探测器探测OPO泵浦光与待测的OPO超短脉冲激光产生的和频光强度。从而可以得到待测超短脉冲激光的脉冲宽度。
Description
技术领域
本发明涉及超短脉冲激光脉宽测量系统与方法,特别是由OPO产生的中红外等特殊波段超短脉冲激光的脉冲宽度测量。
背景技术
超短脉冲激光由于其脉冲宽度非常短,一般为10-12s甚至更短,从而具有较高的激光峰值功率,在工业加工、医疗、光谱分析等领域应用广泛。超短脉冲激光主要是在谐振腔中加入锁模原件压缩激光脉冲宽度产生的。但是受限于激光增益晶体的特征发射谱线,通常激光器的波长是特定的,为了产生更广波长范围的超短脉冲激光,往往利用光学参量振荡器OPO、光学差频等非线性过程产生特殊波长的超短脉冲激光,譬如利用PPLN等晶体产生中红外超短脉冲激光,可应用于CARS光谱、医学治疗等。
超短脉冲激光的脉冲宽度是其特征指标之一,准确的测量激光的脉冲宽度,对于得知其脉冲能量、精细测量等非常重要。通常采用光电探头连接示波器对激光脉冲宽度进行直接测量。但是由于超短脉冲激光的脉冲宽度一般为10-12s甚至更短,现有普通示波器往往难以精确测量,因此往往需要特别的方式测量超短脉冲激光的脉冲宽度。超短脉冲的测量方式可以分为直接测量和间接测量两大类。直接测量法包括高速示波器直接测量和高速条纹相机直接测量。前者的时间分辨率约为100ps,测量精度往往不能满足越来越短的激光脉冲宽度;后者的时间分辨率约为0.1ps,测量精度较高但其装置结构复杂,且价格比较昂贵。间接测量法主要指自相关法,主要原理是将待测激光脉冲分为两束,让其中一束产生一定的延迟,再将这两束光合并共同作用在倍频晶体或者具有双光子吸收效应的发光材料上以产生非线性转换,改变相对延迟并测量非线性信号的变化,即可得到待测超短脉冲的脉冲信息。间接测量根据非线性介质的不同,可分为利用二次谐波的SHG法和利用双光子效应的TPF法;根据测量方式的不同可以分为强度自相关测量和干涉自相关测量两种,前者往往只能给出脉冲的宽度而不能给出相位信息,而后者可测得超短脉冲的相位信息。干涉自相关法可分为频率分辨光学开关法FROG和自参考光谱相位相干电场重构法SPIDFR。
上述间接测量法装置对待测超短脉冲强度有一定要求,且受限于SHG或TPF的非线性介质,对于中红外等特殊波段的超短脉冲往往无法有效测量。
发明内容
本发明目的:为了测量由OPO产生的超短脉冲激光的脉冲宽度,本发明提供一种利用互相关法测量OPO超短脉冲激光脉冲宽度的方法和装置,相比于传统的自相关法更加简便,且可以测量到中红外等特殊波段超短脉冲激光的脉宽。
本发明采用的技术方案为:OPO超短脉冲激光脉冲宽度互相关测量系统,其特征是包含下述依次连接成光路的元件,反射用角锥棱镜,45度平面高反镜,45度二向色镜,聚焦透镜,窄带滤波片,周期性极化晶体,探测器;角锥棱镜固定在步进电机位移平台,周期性极化晶体置于温控炉,泵浦光分出的一路光从出光口1输出,经过放置在步进电机上的角锥棱镜3,经过45度反射镜4后入射到二向色镜5上;待测的OPO超短脉冲激光脉冲亦入射到二向色镜5上,OPO泵浦光与待测的OPO超短脉冲激光脉冲共线,通过调节全反射的角锥棱镜的光路光程,由探测器探测OPO泵浦光与待测的OPO超短脉冲激光产生的和频光强度。
周期性极化晶体可以是铌酸锂或者胆酸锂,周期性极化晶体放置在温控炉中,根据待测激光波长的不同,周期性极化晶体的极化周期与工作温度相应改变。
二向色镜45°镀膜,对泵浦激光高透,对待测激光高反。
角锥棱镜对泵浦激光高反,放置在一个步进电机上,步进电机可沿着泵浦激光光轴方向移动,未转换的泵浦激光光程随着角锥棱镜的移动而改变,因而和频光强度随着角锥棱镜的移动而改变。
二向色镜5与周期性极化晶体之间可以放置聚焦透镜,以增强和频过程的转换效率。
窄带滤波片对泵浦光和待测脉冲激光透光率很低,对泵浦光与待测脉冲激光的和频光高透。
和频光强度探测器可以是光功率计或光谱仪等可以探测和频光强度的光探测装置。
OPO超短脉冲激光脉冲宽度互相关测量方法,采用上述OPO未转换的超短脉冲泵浦激光,角锥棱镜,步进电机位移平台,周期性极化晶体,温控炉,窄带滤波片,聚焦透镜,45度平面高反镜,45度二向色镜,探测器构成的装置;未转化的泵浦光经过角锥棱镜反射后再经一个45度反射镜反射,入射到一个45度放置的二向色镜上;待测脉冲激光通过同一二向色镜,两束激光重合共同入射在周期性极化晶体上,在合适的周期与温度下,两束激光和频产生和频光,经过窄带滤波片后,通过探测器探测和频光的强度。角锥棱镜放置在一个步进电机上,步进电机沿着泵浦激光光轴方向移动,未转换的泵浦激光光程随着角锥棱镜的移动而改变,而和频光强度与泵浦光脉冲和待测超短脉冲的卷积成正比,因而和频光强度随着角锥棱镜的移动而改变,通过位移—强度曲线计算可以得到待测超短脉冲的脉冲宽度。利用OPO的泵浦光与OPO产生的待测信号光的和频效应,和频光强度随着两脉冲激光的脉冲在空间中的重叠程度的改变而改变,从而将待测的信号光脉冲宽度的时间信息转换成泵浦激光相对待测脉冲激光移动光程的空间长度。
若已知泵浦光的脉冲宽度可根据位移—强度曲线强度直接计算得出待测超短脉冲的脉冲宽度;若泵浦光的脉冲宽度不能精确得知,根据OPO产生的超短脉冲一般比泵浦激光的脉宽略短,可以将泵浦光脉冲宽度近似等于待测超短脉冲脉宽,从而根据位移—强度曲线计算得出超短脉冲的脉宽。
待测超短脉冲激光是1064nm激光泵浦产生的近红外或中红外超短脉冲激光,亦可是532nm等其他波长激光泵浦产生的OPO超短脉冲激光。
OPO超短脉冲激光脉冲宽度互相关测量方法,待测1620nm激光从出光口2输出入射在二向色镜5上。二向色镜对1064nm高透,对1620nm高反,在二向色镜的作用下,剩余泵浦光与待测1620nm激光共线,经过聚焦透镜10的汇聚入射在周期性极化晶体6上,两束激光和频产生和频光7,经过窄带滤波片8后,和频光入射到探测器9上。周期性极化晶体选用周期为11.5um的MgO:PPLN,并放置在温控精度为0.01℃,范围50—200℃的温控炉中,在该非线性晶体的作用下,1064nm与1620nm和频产生642nm的红光。探测器9采用光谱仪对和频光强度进行测量。
角锥棱镜对泵浦光高反;45度平面反射镜对泵浦光45度高反;45度二向色镜对泵浦光45度高透,对待测脉冲激光45度高反;周期性极化晶体可以是铌酸锂或者胆酸锂,周期性极化晶体放置在温控炉中,根据待测激光波长的不同,周期性极化晶体的极化周期与工作温度相应改变。
窄带滤波片对泵浦光和待测脉冲激光透光率很低,对泵浦光与待测脉冲激光的和频光高透。
和频光强度探测器可以是光功率计或光谱仪等可以探测和频光强度的光探测装置。
有益效果:本发明是改进的间接干涉自相关测量方法,时间分辨率容易达到0.5ps以内。且易测量中红外等特殊波段的超短脉冲,比传统的自相关法更加简便,系统简明且调节方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为周期性极化晶体的结构示意图;
图3为角锥棱镜和作用示意图;
图4为互相关法测量1620umOPO超短脉冲激光脉宽数据图。
具体实施方式
以1064nm泵浦产生1620nm皮秒脉冲激光为例,图1所示为本发明的结构示意图。泵浦剩余激光从出光口1输出,经过放置在步进电机上的角锥棱镜3,经过45度反射镜4后入射到二向色镜5上;待测1620nm激光从出光口2输出入射在二向色镜5上。二向色镜对1064nm高透,对1620nm高反,如图,45度方式,在二向色镜的作用下,剩余1064nm泵浦光与待测1620nm激光共线,经过聚焦透镜10的汇聚入射在周期性极化晶体6上,两束激光和频产生和频光7,经过窄带滤波片8后,和频光入射到探测器9上。周期性极化晶体选用周期为11.5um的MgO:PPLN,并放置在温控精度为0.01℃,范围50—200℃的温控炉中,在该非线性晶体的作用下,1064nm与1620nm和频产生642nm的红光。探测器9采用光谱仪对和频光强度进行测量。
因为剩余泵浦光经过角锥棱镜反射,其经过的光程随着角锥棱镜的移动而改变,也即剩余泵浦光脉冲与待测超短脉冲激光脉冲的重叠面积随着角锥棱镜的移动而改变。而当剩余泵浦光脉冲与待测超短脉冲激光脉冲完全重叠时,和频光强度最强,当剩余泵浦光脉冲与待测超短脉冲激光脉冲有一定偏离时,和频光强度下降。通过移动角锥棱镜得知剩余泵浦光移动的光程,并记下相应产生的和频光强度,从而可计算得知待测超短脉冲激光的脉冲宽度值。
图4所示为测量该1620nm超短脉冲数据曲线。横坐标为泵浦脉冲激光移动的光程,纵坐标为测得的和频光的强度值。图中和频光强度半高宽对应的光程约为10mm,计算可得待测超短脉冲的脉冲宽度约为24ps。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.OPO超短脉冲激光脉冲宽度互相关测量系统,其特征是包含下述依次连接成光路的元件,反射用角锥棱镜,45度平面高反镜,45度二向色镜,聚焦透镜,窄带滤波片,周期性极化晶体,探测器;角锥棱镜固定在步进电机位移平台,周期性极化晶体置于温控炉,泵浦光分出的一路光从出光口(1)输出,经过放置在步进电机上的角锥棱镜(3),经过45度反射镜(4)后入射到二向色镜(5)上;待测的OPO超短脉冲激光脉冲亦入射到二向色镜上,OPO泵浦光与待测的OPO超短脉冲激光脉冲共线,通过调节全反射的角锥棱镜的光路光程,由探测器探测OPO泵浦光与待测的OPO超短脉冲激光产生的和频光强度。
2.根据权利要求1所述的测量系统,其特征是周期性极化晶体是铌酸锂或者胆酸锂,周期性极化晶体放置在温控炉中,根据待测激光波长的不同,周期性极化晶体的极化周期与工作温度相应改变。
3.根据权利要求1所述的测量系统,其特征是二向色镜45°镀膜,对泵浦激光高透,对待测激光高反。
4.根据权利要求1所述的测量系统,其特征是二向色镜与周期性极化晶体之间放置聚焦透镜。
5.根据权利要求1所述的测量系统,其特征是窄带滤波片对泵浦光和待测脉冲激光透光率低,对泵浦光与待测脉冲激光的和频光高透。
6.OPO超短脉冲激光脉冲宽度互相关测量方法,其特征是泵浦光经过角锥棱镜反射后再经一个45度反射镜反射,入射到一个45度放置的二向色镜上;待测脉冲激光通过同一二向色镜,两束激光重合共同入射在周期性极化晶体上,在合适的周期与温度下,两束激光和频产生和频光,经过窄带滤波片后,通过探测器探测和频光的强度;角锥棱镜放置在一个步进电机上,步进电机沿着泵浦激光光轴方向移动,未转换的泵浦激光光程随着角锥棱镜的移动而改变,而和频光强度与泵浦光脉冲和待测超短脉冲的卷积成正比,因而和频光强度随着角锥棱镜的移动而改变,通过位移—强度曲线计算能得到待测超短脉冲的脉冲宽度。
7.根据权利要求6所述的测量方法,其特征是若已知泵浦光的脉冲宽度可根据位移—强度曲线强度直接计算得出待测超短脉冲的脉冲宽度;若泵浦光的脉冲宽度不能精确得知,根据OPO产生的超短脉冲一般比泵浦激光的脉宽略短,将泵浦光脉冲宽度近似等于待测超短脉冲脉宽,从而根据位移—强度曲线计算得出超短脉冲的脉宽。
8.根据权利要求6所述的测量方法,其特征是待测超短脉冲激光是1064nm激光泵浦产生的近红外或中红外超短脉冲激光,亦可是532nm等其他波长激光泵浦产生的OPO超短脉冲激光。
9.根据权利要求6所述的测量方法,其特征是待测1620nm激光从出光口(2)输出入射在二向色镜(5)上。二向色镜对1064nm高透,对1620nm高反,在二向色镜的作用下,剩余1064nm泵浦光与待测1620nm激光共线,经过聚焦透镜(10)的汇聚入射在周期性极化晶体(6)上,两束激光和频产生和频光(7),经过窄带滤波片(8)后,和频光入射到探测器(9)上;周期性极化晶体选用周期为11.5um的MgO:PPLN,并放置在温控精度为0.01℃,范围50—200℃的温控炉中,在该非线性晶体的作用下,1064nm与1620nm和频产生642nm的红光;探测器采用光谱仪对和频光强度进行测量;
角锥棱镜对泵浦光高反;45度平面反射镜对泵浦光45度高反;45度二向色镜对泵浦光45度高透,对待测脉冲激光45度高反;周期性极化晶体是铌酸锂或者胆酸锂,周期性极化晶体放置在温控炉中,根据待测激光波长的不同,周期性极化晶体的极化周期与工作温度相应改变;
窄带滤波片对泵浦光和待测脉冲激光透光率很低,对泵浦光与待测脉冲激光的和频光高透;和频光强度探测器可以是光功率计或光谱仪探测和频光强度的光探测装置。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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