CN1076526C - 激光脉冲对比度测量仪 - Google Patents
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Abstract
一种激光脉冲对比度测量仪，主要适用于激光脉冲对比度的测量。它包括在一底板上沿光束前进方向上，依次固定有小孔光阑，反射镜，倍频晶体，透反膜板；光束经透反膜板后分成透射光束Gt和反射光束Gf，两束光Gt和Gf分别经过时间延迟的直角反射镜和短焦距透镜以及长焦距透镜同时会聚于能够产生三次谐波的谐波晶体上。产生的三次谐波光束Gs经反射镜，滤波片至探测元件。它具有调整简单，使用方便，保证精确地测量，分辨率大于106的特点。
Description
本发明是一种关于激光脉冲对比度的测量仪，主要适用于激光脉冲对比度参数的测量。
激光脉冲的对比度是高功率激光系统的一个重要参数，它的大小对于物理实验的可靠性和准确性具有非常重要的意义。G.ALBRECHT等人在文章“Nd3+：YAG主被动锁模脉冲的时间形状分析”(“TEMPORAL SHAPE ANALYSIS OF Nd3+：YAG ACTIVEPASSIVE MODE-LOCKED PULSES”)(光学通讯，40卷，第一期，1981年，59-62页)(Optics Communication)中，提出一种结构是将一激光束经过倍频晶体倍频后，进行分束和光学延迟，然后经过一聚焦透镜22会聚于一三次谐波晶体13中，如图2所示，利用所产生的三次谐波信号的强度，来推测出激光脉冲对比度的大小。在这种结构中，最困难的就是三次谐波信号的调整，因为若要产生三次谐波信号，入射于三次谐波晶体13中的两束光必需满足三个条件：1.在晶体中两束光在空间上必须完全重合；2.两束光的夹角必须满足产生三次谐波的相位匹配条件；3.在晶体中两束光在时间延迟上必需重合。通常情况下，入射光经过透镜后，在三次谐波晶体中的聚焦光斑的大小为微米量级；当入射光为飞秒脉冲激光时，等光程对光延迟的要求也在微米量级，因此，现有技术中利用单透镜作为聚焦元件的光路，若要同时满足这三个条件，即使对于经验丰富的专业技术人员来说，也不是一件容易的事，需要花大量的时间进行调整，而且，测量精度也将受到影响。
本发明的目的是针对已有技术光路在调整中的困难，提供一种新的光路调整结构，以简化仪器的调整过程，保证测量精度，达到方便这种技术的应用和推广的目的。
本发明的激光脉冲对比度测量仪，包括在一块底板20上，沿着入射光束Gr前进的方向，依次固定有第一小孔光阑1、第一反射镜2、倍频晶体3、第二小孔光阑4、第二反射镜5、第三反射镜6、对基频光束具有高透过率而对倍频光束具有高反射率的透反膜板7，光束经透反膜板7后被分成两束，一束为透过透反膜板7的透射光束Gt(基频光束)，另一束为被透反膜板7反射的反射光束Gf(倍频光束)，沿着透射光束Gt前进的方向上，在底板20上依次固定有用以提供时间延迟的直角反射镜8、第四反射镜9、短焦距透镜12，由短焦距透镜12将透射光束Gt会聚于能够产生三次谐波的谐波晶体13上；沿着透反膜板7反射的反射光束Gf前进的方向上，在底板20上依次固定有能够滤去基频光束的第一滤光片21、第五反射镜10、长焦距透镜11，由长焦距透镜11将反射光束Gf也会聚于谐波晶体13上；沿着谐波晶体13产生的三次谐波光束Gs的传输方向上，依次固定在底板20上，有对三次谐波光束Gs具有高反射率的第六反射镜14、第七反射镜17、第八反射镜15、有能够滤去基频光束和二倍频光束的第二滤波片18，最后是探测元件19；在第八反射镜15与第七反射镜17之间，置有用以提供测量所需动态范围的一组定标衰减片16。
本发明运用了两个聚焦透镜11，12对入射于三次谐波晶体13上的光束分别进行聚焦。如图3所示：所选用的是焦距长短不同的两个透镜11，12，两透镜摆放的位置满足以下条件，当两束光分别通过两透镜的中心入射于谐波晶体13中时，两光束的夹角满足晶体的相位匹配的要求。开始调整时，利用长焦距透镜11在谐波晶体13上产生一个焦点，短焦距透镜12的焦点稍微偏离谐波晶体13，则光束经短焦距透镜会聚后，在晶体13上产生一个较大的光斑，从而保证两束光在晶体13中完全重合，至此，上面所讲的三个条件中，已经有两个得到了满足，只须调整光路的延迟机构以达到等光程，这一点通常情况下是容易实现的。在等光程调好以后，再对短焦距透镜12进行调整，最终使其焦点移到晶体13中，使信号光强达到最大。这种调整过程，实际是将所需的三个条件分别开来，利用三个步骤来完成，简化了调整的过程。
上面所述的倍频晶体3是LBO晶体，或者是BBO晶体，或者是KDP晶体；三次谐波晶体13是BBO晶体，或者是LBO晶体，或者是KDP晶体；探测元件19是光电倍增管。
上面所说的长焦距透镜11的焦距fc大于短焦距透镜的焦距fd。
本发明最大的优点是调整简单，使用方便，能够确保精确地测量。在已有技术中的单透镜聚焦光路测量激光脉冲对比度的过程中，因为要同时满足三个条件，没有什么规律可循，只能凭经验和运气，调整起来非常困难，对于经验丰富的专业技术人员，一般需要半天的时间才能调好一个测量光路，而对于一般人员来说，则是可望而不可及的，经常会出现遇到困难无从下手的情况，这种调整上的困难，阻碍了这种测量技术的应用，使其只能局限于某些实验室中，无法得以推广。利用本发明的双透镜聚焦结构，因为有规律可循，对调整的精确度要求也不高，所以调整起来非常方便，通常在半个小时之内即可调好光路，进行测试；而且，能够保证测量的精确度，分辨率大于106。
附图说明：
图1为本发明激光脉冲对比度测量仪的结构示意图。
图2为已有技术的单透镜聚焦光路示意图。
图3为本发明激光对比度测量仪的双透镜聚焦光路示意图。
图4为本发明实施例中测得的强激光脉冲的时间和强度分布曲线图。
实施例：
应用如图1所示的测量仪的结构。入射光束Gr的波长λ0＝800nm，第一、第二小孔光阑1、4用以对入射光束Gr进行准直；其中反射镜2，5，6，9，10为镀有银膜的反射镜，反射镜14，15，17的反射(反射率大于98％)表面镀有对三次谐波的波长λ3＝267nm的高反射率的膜层。倍频晶体3取LBO晶体，厚度为0.1mm；透反膜板7为镀有对基频光束高透过(透过率大于70％)，对倍频光束高反射(反射率大于70％)的膜层的石英平板，透反膜板厚度为0.5mm；直角反射镜8的反射面镀有银膜，长焦距透镜11的焦距fc＝150mm，短焦距透镜12的焦距fd＝50mm，用以产生三次谐波光束的谐波晶体13采用BBO晶体，厚度为0.5mm；探测元件19采用光电倍增管(PMT)，第一滤光片21为作为基片的石英平板上镀有能够滤去基频光束的膜层，第二滤光片18为作为基片的石英平板上镀有能够滤去基频光束及二倍频光束的膜层。
所测量的激光脉冲来自一套飞秒台式钛宝石激光放大装置，该装置输出峰值功率为2×1012瓦，脉冲宽度为50飞秒的超短强激光脉冲。图4为测量结果，其中横坐标为基频光束相对于倍频光束的时间延迟，通过调整直角反射镜8得到；纵坐标为归一化的光信号强度I/Im的相对值，I是探测元件19接收到的三次谐波信号的强度，Im为最大光信号强度。从图4中可以看出，本发明的测量仪测量激光脉冲对比度的分辨率大于106。
Claims (8)
1.一种激光脉冲对比度测量仪，包括在一底板(20)上固定有：入射光束(Gr)经过第一小孔光阑(1)到达第一反射镜(2)，其反射光束经过倍频晶体(3)后通过第二小孔光阑(4)，然后经过第二反射镜(5)、第三反射镜(6)到达透反膜板(7)，光束经过透反膜板(7)后分成两束光，一束是透射光束(Gf)另一束是反射光束(Gf)透射光束(Gt)经过时间延迟的直角反射镜(8)与反射光束(Gf)同时会聚于谐波晶体(13)上，其特征在于是由对基频光束具有高透过率而对倍频光束具有高反射率的透反膜板(7)透射的透射光束(Gt)经过直角反射镜(8)后到达第四反射镜(9)，然后再由短焦距透镜(12)将透射光束(Gt)会聚于谐波晶体(13)上；由透反膜板(7)反射的反射光束(Gf)过能够滤去基频光束的第一滤光片(21)、第五反射镜(10)后，再由长焦距透镜(11)将反射光束(Gf)也会聚于谐波晶体(13)上；所说的长焦距透镜(11)和短焦距透镜(12)摆放的位置应当使得两光束(Gt)和(Gf)分别通过长短焦距两透镜11和12的中心入射于谐波晶体13中时，两光束(Gt)和(Gf)的夹角满足晶体的相位匹配要求；谐波晶体(13)产生的三次谐波光束(Gs)经过第六反射镜(14)、第七反射镜(17)、第八反射镜(15)和能够滤去基频光束和二倍频光束的第二滤光片(18)至探测元件(19)；在第八反射镜(15)与第七反射镜(17)之间，置有一组定标衰减片(16)。
2.根据权利要求1的一种对比度测量仪，其特征在于倍频晶体(3)是LBO晶体，或者是BBO晶体，或者是KDP晶体。
3.根据权利要求1的一种对比度测量仪，其特征在于谐波晶体(13)是BBO晶体，或者是LBO晶体，或者是KDP晶体。
4.根据权利要求1的一种对比度测量仪，其特征在于长焦距透镜(11)的焦距(fc)大于短焦距透镜的焦距(fd)。
5.根据权利要求1的一种对比度测量仪，其特征在于透反膜板(7)是在一基片上镀有对基频光束有透过率大于70％，而对倍频光束有反射率大于70％的膜层。
6.根据权利要求1的一种对比度测量仪，其特征在于第一滤光片(21)是在一基片上镀有滤去基频光束的膜层。
7.根据权利要求1的一种对比度测量仪，其特征在于第二滤光片(18)是在一基片上镀有滤去基频光束和二倍频光束的膜层。
8.根据权利要求1的一种对比度测量仪，其特征在于第六反射镜(14)、第七反射镜(17)和第八反射镜(15)上均在反射表面上镀有对三次谐波光束具有反射率大于98％的膜层。
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