CN105953929A - 一种单发次脉冲宽度和能量测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单发脉冲宽度和能量测量装置，所述的装置中的飞秒激光器出射的飞秒脉冲依次经过第一凸透镜、超连续谱展宽片、第一离轴抛物面反射镜、脉冲展宽器、反射镜、第二离轴抛物面反射镜、起偏器，进入光克尔样品，作为探测脉冲；待测脉冲依次经过光学延时线、半波片、第二凸透镜，进入光克尔样品中；探测脉冲透过检偏器的频谱成分进入光谱仪，完成信号采集。本发明具有高时间分辨率，高信噪比等特点。
Description
技术领域
本发明涉及超快测量技术领域，具体是一种单发次脉冲宽度和能量测量装置。
背景技术
基于时间分辨飞秒光克尔门的测量技术，属于三阶非线性测量的方法，可以实现对脉冲参数高信噪比、高时间分辨率的测量。其中起偏器、光克尔样品、检偏器组成光克尔门。起偏器与检偏器偏振垂直，待测脉冲偏振与起偏器夹角45°，待测脉冲为线偏振光。在没有待测脉冲泵浦样品作为开门信号时，探测光不能透过光克尔门。在有待测脉冲泵浦光克尔样品时，样品产生双折射，用另一束较弱的探测光探测时，由于介质中感生双折射，将对探测光在介质中的传播产生影响，产生偏振的改变，从而有探测光透过检偏器。但该方法是基于多发次泵浦探测技术，对于单发次脉冲宽度和能量测量，多发次泵浦探测不适用。
对于单发脉冲宽度和能量测量，传统利用光电探测器加示波器记录的方法，由于时间分辨率不够，难以记录几个皮秒时间内的信息。条纹相机可以实现单发次测量，但由于条纹相机的时间分辨率仅为几十到几个皮秒，时间分辨率较低，并且条纹相机存在信噪比不高的问题。因此迫切需要一种单发脉冲宽度和能量测量装置，实现单发次高时间分辨率的测量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种单发脉冲宽度和能量测量装置，具备时间分辨率高、时间测量窗口长的优点。
本发明的单发脉冲宽度和能量测量装置，所述的装置中的飞秒激光器出射的飞秒脉冲通过凸透镜聚焦进入超连续谱展宽片，进行谱展宽。超连续谱脉冲经过离轴抛物面反射镜准直后进入脉冲展宽器，产生啁啾光。啁啾光通过离轴抛物面反射镜、检偏器，进入光克尔样品，作为探测脉冲。待测脉冲依次经过光学延时线、半波片、凸透镜，进入光克尔样品。待测光脉冲激发光克尔样品，瞬时选通探测脉冲中携带待测光脉冲参数的频谱成分。探测脉冲中透过光克尔门的频谱成分进入光谱仪，完成信号采集。
所述的待测脉冲的偏振与探测光的偏振夹角45º。
所述的超连续谱展宽片材质是氟化钙、蓝宝石、钒酸钇、石英玻璃、氟化锂、水、光子晶体光纤中的一种。
所述的脉冲展宽器是玻璃棒、亚克力塑料棒中的一种。
所述的光克尔样品是二甲基亚砜、二硫化碳、玻璃、硝基苯中的一种。
本发明一种单发次脉冲宽度和能量测量装置将标准光克尔样品放置在起偏器与检偏器之间，起偏器、光克尔样品、检偏器组成光克尔门。啁啾光频谱按照时间轴排列，具备时间记录能力。该装置的特点是光克尔门将待测脉冲的时间信号转化为探测脉冲的频谱信号，频谱范围对应待测脉冲宽度，频谱强度对应待测脉冲的能量，单发次测量获得待测脉冲宽度和能量的参数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的单发脉冲宽度和能量测量装置，利用了啁啾脉冲泵浦探测技术和光克尔门技术，将难以测量的待测脉冲宽度转化为频谱范围进行测量，待测脉冲能量转化为频谱的强度进行测量。单发测量获得待测脉冲宽度和能量参数。具备时间分辨率高、测量窗口长的优点。
附图说明
图1为本发明的单发脉冲宽度和能量测量装置的总体结构示意图；
图2为本发明实施例1中光谱仪采集到的待测脉冲的数据；
图3为本发明实施例1中探测光的啁啾参数；
图4为本发明实施例1中经过处理后待测脉冲的参数；
其中1.飞秒激光器；2.第一凸透镜；3.超连续谱展宽片；4.第一离轴抛物面反射镜；5.脉冲展宽器；6.反射镜；7.第二离轴抛物面反射镜；8.起偏器；9.光学延时线；10.半波片；11.第二凸透镜；12.光克尔样品；13.检偏器；14.第三凸透镜；15.光谱仪。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
以下描述中使用了很多具体的参数以便于充分理解本发明，但这些参数只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。有关技术领域的人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化、替换和变型，因此同等的技术方案也属于本发明的范畴。
实施例1
如图1所示，本发明的一种单发脉冲宽度和能量测量装置，飞秒激光器1出射的飞秒脉冲波长1030nm，脉冲宽度200fs，脉冲能量1.9μJ。飞秒脉冲经过第一凸透镜2聚焦进入超连续谱展宽片3，进行超连续谱展宽，频谱展宽到450nm-1200nm。超连续谱脉冲由第一离轴抛物面反射镜4准直，经过脉冲展宽器5进行脉冲时间宽度展宽，产生啁啾光，形成一定时间宽度的测量窗口。实例1采用成都光明公司的ZF11玻璃进行展宽，500nm-780nm范围，脉冲宽度26ps。然后经过反射镜6、第二离轴抛物面反射镜7，由第二离轴抛物面反射镜聚焦进入光克尔样品12，作为探测脉冲。实例1光克尔样品12选用二甲基亚砜。其中起偏器8、光克尔样品12、检偏器13组成光克尔门。为了便于脉冲同步，这里选用飞秒激光器自身的脉冲进行光参量放大，产生650nm的待测脉冲，待测脉冲通过石英玻璃棒脉冲展宽。待测脉冲经过光学延时线9、半波片10、第二凸透镜11，由第二凸透镜11聚焦到光克尔样品12中，作为光克尔门的开门信号。待测脉冲与探测脉冲在光克尔样品12内部重合，待测脉冲与探测脉冲夹角5º，探测光的光斑小于泵浦脉冲光斑。待测脉冲激发光克尔样品12，瞬时选通探测脉冲中携带待测脉冲信息的频谱成分。探测脉冲中透过光克尔门的频谱成分由第三凸透镜14聚焦进入光谱仪15，光谱仪15采集到频谱信息，单发次测量获得待测脉冲高时间分辨率的信息。
实验前，调节起偏器与检偏器偏振平行，采集到超连续谱，此超连续谱作为参考信号，为后续数据处理提供参考。
调节起偏器与检偏器偏振垂直，光谱仪采集单发次实验信号，如图2所示，频谱宽度对应待测脉冲宽度，频谱强度对应脉冲的能量。前后移动光学延迟线，采集信号，得到啁啾探测光的啁啾参数，如图3所示，这里给出了500nm-780nm范围内的波长与时间的对应关系。
图4为处理后的待测脉冲参数，通过图2的频谱信号与图3的啁啾参数得到。图4得到待测脉冲的脉宽为500fs，脉冲能量对应的光谱信号的相对强度为130。
Claims (5)
1.一种单发次脉冲宽度和能量测量装置，其特征在于：所述装置中的飞秒激光器（1）出射的飞秒脉冲依次经过第一凸透镜（2）、超连续谱展宽片（3）、第一离轴抛物面反射镜（4）、脉冲展宽器（5）、反射镜（6）、第二离轴抛物面反射镜（7）、起偏器（8），进入光克尔样品（12），作为探测脉冲；待测脉冲依次经过光学延时线（9）、半波片（10）、第二凸透镜（11），进入光克尔样品（12）中；探测脉冲透过检偏器（13）的频谱成分进入光谱仪（15），完成信号采集。
2.根据权利要求1所述的一种单发次脉冲宽度和能量测量装置，其特征在于：待测光的偏振与探测光的偏振夹角45º。
3.根据权利要求1所述的一种单发次脉冲宽度和能量测量装置，其特征在于：超连续谱展宽片（3）为氟化钙、蓝宝石、钒酸钇、石英玻璃、氟化锂、水、光子晶体光纤材料中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种单发次脉冲宽度和能量测量装置，其特征在于：脉冲展宽器（5）为玻璃棒、亚克力塑料棒中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种单发次脉冲宽度和能量测量装置，其特征在于：光克尔样品（12）是二甲基亚砜、二硫化碳、玻璃、硝基苯中的一种。
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