CN111896124A - 一种飞秒激光脉冲时域宽度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种飞秒激光脉冲时域宽度测量装置，包括第一光阑和第二光阑，第一光阑和第二光阑的轴线互相垂直，并且第一光阑和第二光阑轴线延长线的交点位于分束器的前表面上；第二光阑的下方设置有倍频光波段探测器；分束器的上方设置有第二反射镜，分束器的右侧设置有旋转扫描反射镜组，旋转扫描反射镜组的右侧设置有第三反射镜。本发明在保证脉宽测量精准的前提下，采用旋转扫描式反射镜组，实现测量臂中飞秒激光脉冲的相对时延扫描，可以实现更加快速的脉冲宽度测量，并且利用常规的光学、机械实验材料，基于光电探测器的双光子吸收原理，实现自相关仪的集约集成。
Description
技术领域
本发明涉及激光脉冲测量技术领域，尤其涉及一种飞秒激光脉冲时域宽度测量装置。
背景技术
飞秒脉冲的时间维度测量，即脉冲宽度，是其最基本的性能指标参数之一。由于飞秒激光脉冲的脉宽无法直接通过电子学测量设备测定，因此通常采用自相关测量方法，将激光脉冲的瞬时传播转换为脉冲之间相对扫描，达到延展探测获得信号的时域宽度，从而满足电子学测量设备的测试条件。
目前，商用的飞秒脉冲自相关仪的测量原理为：仪器内部设置等臂长迈克尔逊干涉仪。其中测量臂的反射镜安装在电控线性位移台上，使经过干涉仪两臂的飞秒脉冲产生一定的时间延迟。当两臂脉冲再次叠加并共同经过倍频晶体时，产生倍频光信号，此信号属于低频、探测器可获得信号，并且其时域宽度与原始脉冲宽度具有严格数学关系，因此，可推导出原始脉冲宽度。由于采用线性位移台，自相关仪需要精密位移速度控制，以此保证信号采样的时域等间隔要求。此外，由于倍频晶体与光电倍增管价格昂贵，商用自相关仪的售价也十分高昂，一般在十万元人民币以上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种飞秒激光脉冲时域宽度测量装置，主要解决现有的飞秒脉冲宽度测量仪器设备结构较复杂，并且价格昂贵的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明一种飞秒激光脉冲时域宽度测量装置，包括第一光阑和第二光阑，所述第一光阑和第二光阑的轴线互相垂直，并且所述第一光阑和第二光阑轴线延长线的交点位于分束器的前表面上；
所述第二光阑的下方设置有倍频光波段探测器；
所述分束器的上方设置有水平布置的第二反射镜，所述分束器的右侧设置有用于产生飞秒激光脉冲传播时延变化的旋转扫描反射镜组，所述旋转扫描反射镜组的右侧设置有竖直布置的第三反射镜；
待测激光经过所述第一光阑后射入所述分束器，所述分束器的前表面将激光光束分为反射光束与透射光束，所述反射光束经所述第二反射镜再次反射至所述分束器，所述透射光束经所述旋转扫描反射镜组、第三反射镜处理后再次反射至所述分束器的前表面，并与所述反射光束再次重合，重后的光束通过所述第二光阑后进入所述倍频光波段探测器。
进一步的，所述旋转扫描反射镜组包括旋转的连杆，所述连杆上设置有两个互相平行的第四反射镜，所述连杆旋转带动两面所述第四反射镜转动，产生飞秒激光脉冲在测量臂中的传播时延的变化。
进一步的，所述第四反射镜与所述连杆的夹角为45°。
进一步的，所述倍频光波段探测器的带隙大于1个基频光子能量且小于2 个基频光子能量。
进一步的，所述分束器采用楔形分束器。
进一步的，所述第二光阑与倍频光波段探测器之间设置有短焦距基频光波段透镜。
进一步的，所述第一光阑的左侧设置有用于俯仰、偏摆调整入射角度的第一反射镜。
进一步的，还包括可见光发生器、合束镜、二相色镜和可见光波段探测器，所述可见光发生器产生的可见光与待测激光通过所述合束镜后形成共路传播光束，所述共路传播光束经过所述第一反射镜的反射后后射入所述第一光阑；
所述二相色镜位于所述第二光阑与短焦距基频光波段透镜之间，所述共路传播光束经过所述二相色镜处分离，可见光被所述可见光波段探测器获取。
进一步的，所述可见光发生器采用氦氖激光器。
进一步的，所述倍频光波段探测器、可见光波段探测器均与示波器或数据采集卡连接。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明一种飞秒激光脉冲时域宽度测量装置，在保证脉宽测量精准的前提下，采用旋转扫描式反射镜组，实现测量臂中飞秒激光脉冲的相对时延扫描，可以实现更加快速的脉冲宽度测量，并且利用常规的光学、机械实验材料，利用光电探测器的双光子吸收特性，实现自相关仪的集约集成；本发明不利用商用自相关仪中的倍频晶体，而是利用探测器的双光子吸收效应，此效应对应的数学原理解析与倍频晶体的非线性效应相似。不同的是，两者之间仅有信号强度上的差别，所产生信号的时间维度宽度不变。显然，本发明装置在装配灵活性及复杂度方面优于商用自相关仪，并且在成本方面亦具有优势。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明飞秒激光脉冲时域宽度测量的结构示意图。
附图标记：1、第一光阑；2、第二光阑；3、分束器；4、第一反射镜；5、短焦距基频光波段透镜；6、倍频光波段探测器；7、第二反射镜；8、旋转扫描反射镜组；801、连杆；802、第四反射镜；9、第三反射镜；10、可见光发生器；11、合束镜；12、二相色镜；13、可见光波段探测器。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本实施例中公开了一种飞秒激光脉冲时域宽度测量装置，包括第一光阑1和第二光阑2，第一光阑1和第二光阑2的轴线互相垂直，并且第一光阑1和第二光阑2轴线延长线的交点位于分束器3的前表面上。第二光阑2的下方设置有倍频光波段探测器6。分束器3的上方设置有水平布置的第二反射镜7，分束器3的右侧设置有用于产生飞秒激光脉冲传播时延变化的旋转扫描反射镜组8，旋转扫描反射镜组8的右侧设置有竖直布置的第三反射镜9。
旋转扫描反射镜组8包括旋转的连杆801，连杆801上设置有两个互相平行的第四反射镜802，连杆801旋转带动两面第四反射镜802转动，产生飞秒激光脉冲在测量臂中的传播时延的变化。在本实施例中，第四反射镜802与连杆801的夹角为45°。在本实施例中，连杆801通过电机驱动，使其平稳单向旋转。
需要说明的是，分束器3、第二反射镜7、旋转扫描反射镜组8、第三反射镜9构成等臂长迈尔逊干涉仪。本发明避免平行平板形的分束器产生多光束反射，干扰自相关探测，本发明中分束器3采用楔形分束器，可使上述干扰光束以不同角度反射。第二光阑2将干扰光束滤除，使分束器3前表面分束激光通过至倍频光波段探测器6，同时，为了提高倍频光波段探测器6的非线性响应，倍频光波段探测器6前加入短焦距基频光波段透镜5。
本发明的测量过程为：待测激光经过第一光阑1后射入分束器3，分束器 3前表面与入射激光的夹角为45°，分束器3的前表面将激光光束分为反射光束与透射光束，反射光束经第二反射镜7再次反射至分束器3，透射光束经旋转扫描反射镜组8、第三反射镜9处理后再次反射至分束器3的前表面，并与反射光束再次重合，重后的光束依次经过第二光阑2、短焦距基频光波段透镜5，最后进入倍频光波段探测器6。通过设置短焦距基频光波段透镜5，使重合光束在倍频光波段探测器6上聚焦。倍频光波段探测器6的带隙需满足大于1个基频光子能量且小于2个基频光子能量，从而利用探测器的双光子吸收特性获得脉冲自相关信号。自相关信号被示波器或数据采集卡离散化后，通过倍频信号数学公式拟合，可得到脉冲时域宽度。
在本实施例中，第一光阑1的左侧设置有用于俯仰、偏摆调整入射角度的第一反射镜4。测量待测飞秒脉宽时，激光光束经过第一反射镜4的俯仰、偏摆调整入第一光阑1。
在组装调试测量装置时，可利用人眼可见的激光辅助调节测量装置内各部件的空间位置，具体来说，本发明还包括可见光发生器10、合束镜11、二相色镜12和可见光波段探测器13，可见光发生器10产生的可见光与待测激光通过合束镜11后形成共路传播光束。共路传播光束经过第一反射镜4、第一光阑1后射入所述分束器3。在组装调试测量装置时，可用可见光发生器 10发出的激光调节测量装置内各部件的空间位置。
二相色镜12位于第二光阑2与短焦距基频光波段透镜5之间，共路传播光束经过二相色镜12处分离，可见光被可见光波段探测器13获取。可见光波段探测器13输出的可见激光交流干涉信号，可作为飞秒激光脉冲自相关信号的等间隔时域采样参考。在本实施例中，可见光发生器10采用氦氖激光器。
在本实施例中，倍频光波段探测器6、可见光波段探测器13均与示波器或数据采集卡连接。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种飞秒激光脉冲时域宽度测量装置，其特征在于，包括第一光阑(1)和第二光阑(2)，所述第一光阑(1)和第二光阑(2)的轴线互相垂直，并且所述第一光阑(1)和第二光阑(2)轴线延长线的交点位于分束器(3)的前表面上；
所述第二光阑(2)的下方设置有倍频光波段探测器(6)；
所述分束器(3)的上方设置有水平布置的第二反射镜(7)，所述分束器(3)的右侧设置有用于产生飞秒激光脉冲传播时延变化的旋转扫描反射镜组(8)，所述旋转扫描反射镜组(8)的右侧设置有竖直布置的第三反射镜(9)；
待测激光经过所述第一光阑(1)后射入所述分束器(3)，所述分束器(3)的前表面将激光光束分为反射光束与透射光束，所述反射光束经所述第二反射镜(7)再次反射至所述分束器(3)，所述透射光束经所述旋转扫描反射镜组(8)、第三反射镜(9)处理后再次反射至所述分束器(3)的前表面，并与所述反射光束再次重合，重后的光束通过所述第二光阑(2)后进入所述倍频光波段探测器(6)。
2.根据权利要求1所述的飞秒激光脉冲时域宽度测量装置，其特征在于，所述旋转扫描反射镜组(8)包括旋转的连杆(801)，所述连杆(801)上设置有两个互相平行的第四反射镜(802)，所述连杆(801)旋转带动两面所述第四反射镜(802)转动，产生飞秒激光脉冲在测量臂中的传播时延的变化。
3.根据权利要求2所述的飞秒激光脉冲时域宽度测量装置，其特征在于，所述第四反射镜(802)与所述连杆(801)的夹角为45°。
4.根据权利要求1所述的飞秒激光脉冲时域宽度测量装置，其特征在于，所述倍频光波段探测器(6)的带隙大于1个基频光子能量且小于2个基频光子能量。
5.根据权利要求1所述的飞秒激光脉冲时域宽度测量装置，其特征在于，所述分束器(3)采用楔形分束器。
6.根据权利要求1所述的飞秒激光脉冲时域宽度测量装置，其特征在于，所述第二光阑(2)与倍频光波段探测器(6)之间设置有短焦距基频光波段透镜(5)。
7.根据权利要求6所述的飞秒激光脉冲时域宽度测量装置，其特征在于，所述第一光阑(1)的左侧设置有用于俯仰、偏摆调整入射角度的第一反射镜(4)。
8.根据权利要求7所述的飞秒激光脉冲时域宽度测量装置，其特征在于，还包括可见光发生器(10)、合束镜(11)、二相色镜(12)和可见光波段探测器(13)，所述可见光发生器(10)产生的可见光与待测激光通过所述合束镜(11)后形成共路传播光束，所述共路传播光束经过所述第一反射镜(4)的反射后后射入所述第一光阑(1)；
所述二相色镜(12)位于所述第二光阑(2)与短焦距基频光波段透镜(5)之间，所述共路传播光束经过所述二相色镜(12)处分离，可见光被所述可见光波段探测器(13)获取。
9.根据权利要求8所述的飞秒激光脉冲时域宽度测量装置，其特征在于，所述可见光发生器(10)采用氦氖激光器。
10.根据权利要求8所述的飞秒激光脉冲时域宽度测量装置，其特征在于，所述倍频光波段探测器(6)、可见光波段探测器(13)均与示波器或数据采集卡连接。
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