CN114942080A - 基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及脉冲测量装置及其使用方法，具体涉及基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置及测量方法，为解决现有技术存在测量方法复杂、难度大，或者是因为对波段的限制，导致可见光以及近红外波段的超短脉冲激光难以简单、有效测量的不足之处。本发明包括分束片、第一反射镜、延时线，以及沿光路依次设置的尖劈对、三孔光阑、聚焦镜、瞬态光栅晶体和探测器；所述分束片位于待测飞秒激光的出射光路上，用于将待测飞秒激光的出射光分为基频光束和待测光束；所述尖劈对将基频光束和待测光束进行合束，合束后的光最终通过瞬态光栅晶体；调整延时线可获得不同强度瞬态光栅信号光，经过简单转换后获得待测飞秒激光的光谱、脉宽和相位信息。
Description
技术领域
本发明涉及脉冲测量装置及其使用方法，具体涉及基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置及测量方法。
背景技术
超短脉冲激光作为探索微观物质世界强有力的工具，被广泛应用于化学、生物医学以及材料科学等领域的探测，因此超短脉冲激光的各项特性需要得到十分精确地表征，才足以作为工具去探测原子、分子层面的微观物理现象。
近年来，基于隧穿电离微扰理论的时域电场测量法(TIPTOE)，可以对波长大于荧光波长2.5倍的任意波段脉冲激光进行测量，并且不需要进行复杂的反演计算便可以获得超短激光脉冲的波长、脉宽、相位等信息。目前，使用TIPTOE的方案通常包括使用气体介质或固体介质两种类型，气体介质的荧光波段在极紫外，整套测量装置需要在真空中进行工作，并且荧光探测器比较复杂，导致操作难度大；而固体介质的能带荧光可以接近400nm，易于探测，但其2.5倍以上的波段限制，导致对于常用的可见光以及近红外波段的超短脉冲激光，并不能简单、有效的进行测量。
发明内容
为解决现有技术存在测量方法复杂、难度大，或者是因为对波段的限制，导致可见光以及近红外波段的超短脉冲激光难以简单、有效测量的不足之处，本发明提供一种基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置及测量方法。
为实现上述目的，本发明提供的技术解决方案如下：
一种基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置，其特殊之处在于：包括分束片、第一反射镜、延时线，以及沿光路依次设置的尖劈对、三孔光阑、聚焦镜、瞬态光栅晶体和探测器；所述分束片位于待测飞秒激光的出射光路上，用于将待测飞秒激光的出射光分为基频光束和待测光束；所述第一反射镜和延时线分别位于分束片的反射光路和透射光路上，用于将基频光束和待测光束进行反射；所述尖劈对位于第一反射镜和延时线的反射光路交汇处，用于对基频光束和待测光束进行合束，且合束光束中基频光束与待测光束的能量比在1:100到1:1000之间；合束后的光束经三孔光阑分为三束参数一致的激光，通过聚焦镜聚焦到瞬态光栅晶体中，产生瞬态光栅的信号光；探测器用于测量瞬态光栅的信号光强度。
进一步地，所述瞬态光栅晶体为非晶熔融石英，厚度为50μm。
进一步地，所述分束片的反射光与透射光的比例为1:1，反射与透射的能量一致。
进一步地，所述延时线包括压电陶瓷，以及沿光路设置在压电陶瓷上的第二反射镜和第三反射镜。
进一步地，所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜为高反镜，反射率大于99％。
进一步地，述三孔光阑的三个孔的连线呈等腰直角三角形。
进一步地，所述聚焦镜为凹面银镜，其焦距为100mm。
进一步地，所述探测器为硅基相机或者光谱仪。
本发明还提供了一种基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲的测量方法，使用上述的基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置，其特殊之处在于：
步骤一，使用分束片将激光分成能量相等的基频光束与待测光束，将待测光束引入延时线，基频光束通过第一反射镜反射后，使用尖劈对对基频光束与待测光束进行合束，调整尖劈对控制合束后的基频光束与待测光束的能量比值在1:100到1:1000之间；
步骤二，通过调整延时线，使合束后的光束经过瞬态光栅晶体产生不同强度的信号光，经探测器测量获得信号光强度数据，并绘制信号光的强度随延时线调制变化的曲线；
步骤三，将调制变化的曲线经过傅里叶变换后，获得待测激光的光谱、脉宽和相位信息。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1.本发明的超短脉冲测量装置设置分束片，将待测激光分为基频光束与待测光束后，经过尖劈对合束并调整合束光束中基频光束与待测光束的强度比例，可对合束光束产生的信号光强度进行测量，探测器简单，仅需捕捉测量信号光强度；本发明通过调整延时线得到不同延时下的信号光强度，绘制出信号光强度随延时线调制变化的曲线，不需要进行复杂的迭代算法，只需简单的傅里叶变换后，即可获得待测激光的光谱、脉宽和相位信息，测量方法也简单。
2.本发明基于瞬态光栅调制采样的方法测量超短脉冲，利用瞬态光栅效应所产生的信号光与待测飞秒激光波长相同的特点，对可见光及近红外波段的超短脉冲激光可进行测量。
附图说明
图1是本发明基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置实施例的结构原理图；
图2是本发明实施例测量所得的信号光强度随延时线调制变化的曲线图；
图3是对图2所示曲线经傅里叶变换后获得的待测飞秒激光光谱与相位的曲线图(图中实线为激光光谱，虚线为相位)；
图4是对图2所示曲线经傅里叶变换后获得的待测激光的脉冲宽度曲线图；
附图标记说明：
1-飞秒激光器，2-分束片，3-第一反射镜，4-第二反射镜，5-第三反射镜，6-延时线，7-尖劈对，8-三孔光阑，9-聚焦镜，10-瞬态光栅晶体，11-探测器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：
本发明的一种基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置，如图1所示，包括尖劈对7、三孔光阑8、聚焦镜9、瞬态光栅晶体10和探测器11，以及分束片2、第一反射镜3和延时线6；分束片2的反射光与透射光的比例为1:1，反射与透射能量一致，位于由飞秒激光器1产生的待测飞秒激光的出射光路上，用于将待测飞秒激光的出射光分为基频光束和待测光束。
第一反射镜3和延时线6分别位于分束片2的反射光路和透射光路上，用于将基频光束和待测光束进行反射；所述延时线6包括压电陶瓷，以及沿光路设置在压电陶瓷上的第二反射镜4和第三反射镜5；所述第一反射镜3、第二反射镜4和第三反射镜5为高反镜，反射率大于99％。
所述尖劈对7位于第一反射镜3和延时线6的反射光路交汇处，用于对基频光束和待测光束进行合束，尖劈对用于补偿分束片2引入的色散，同时可通过调整合束的角度来调节基频光束与待测光束的能量比，使得基频光束与待测光束能量比在1:1000到1:100之间，合束后的光束经三孔光阑8分为三束参数一致的激光，所述三孔光阑8的三个孔的连线呈等腰直角三角形；三束参数一致的激光通过聚焦镜9聚焦到瞬态光栅晶体10中，产生瞬态光栅的信号光；所述聚焦镜9为凹面银镜，其焦距为100mm，本实施例中的瞬态光栅晶体10为非晶熔融石英，厚度为50μm，采用其它三阶非线性晶体也具有瞬态光栅效应，可以产生同样的效果。
瞬态光栅晶体10产生信号光，使用探测器11测量其强度，探测器可使用硅基相机或光谱仪，具有同等效果。
结合具体实施例，在测量飞秒激光的过程中，通过调整延时线6，合束光束最终经过瞬态光栅晶体10产生不同强度的信号光，经过探测器11测量后，使用测量结果绘制如图2所示的信号光的强度随延时线6调制变化的曲线；利用瞬态光栅效应所产生的信号光与待测飞秒激光波长相同的特点，将图2所示曲线经傅里叶变换后，可获得如图3所示的光谱曲线和相位曲线，以及如图4所示的脉冲宽度曲线，根据图示信息可获得该待测飞秒激光的波长范围为0.75-0.85μm，相位小于20弧度(rad)，脉冲宽度为32飞秒(fs)。
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公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置，其特征在于：
包括分束片(2)、第一反射镜(3)、延时线(6)，以及沿光路依次设置的尖劈对(7)、三孔光阑(8)、聚焦镜(9)、瞬态光栅晶体(10)和探测器(11)；
所述分束片(2)位于待测飞秒激光的出射光路上，用于将待测飞秒激光的出射光分为反射的基频光束和透射的待测光束；
所述第一反射镜(3)和延时线(6)分别位于分束片(2)的基频光路和待测光路上，用于将基频光束和待测光束进行反射；
所述尖劈对(7)位于第一反射镜(3)和延时线(6)的反射光路交汇处，用于对基频光束和待测光束进行合束，且合束光束中基频光束与待测光束的能量比在1:100到1:1000之间；合束后的光束经三孔光阑(8)分为三束参数一致的激光，通过聚焦镜(9)聚焦到瞬态光栅晶体(10)中，产生瞬态光栅的信号光；
探测器(11)用于测量瞬态光栅的信号光强度。
2.根据权利要求1所述的基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置，其特征在于：所述瞬态光栅晶体(10)为非晶熔融石英，厚度为50μm。
3.根据权利要求2所述的基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置，其特征在于：所述分束片(2)的反射光与透射光的比例为1:1，反射与透射的能量一致。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置，其特征在于：所述延时线(6)包括压电陶瓷，以及沿光路设置在压电陶瓷上的第二反射镜(4)和第三反射镜(5)。
5.根据权利要求4所述的基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置，其特征在于：所述第一反射镜(3)、第二反射镜(4)和第三反射镜(5)为高反镜，反射率大于99％。
6.根据权利要求5所述的基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置，其特征在于：所述三孔光阑(8)的三个孔的连线呈等腰直角三角形。
7.根据权利要求6所述的基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置，其特征在于：所述聚焦镜(9)为凹面银镜，其焦距为100mm。
8.根据权利要求7所述的基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置，其特征在于：所述探测器(11)为硅基相机或者光谱仪。
9.一种基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量方法，使用权利要求1-8任一所述的基于瞬态光栅调制采样的超短脉冲测量装置，其特征在于：
步骤一，使用分束片(2)将激光分成能量相等的基频光束与待测光束，将待测光束引入延时线(6)，基频光束通过第一反射镜(3)反射后，使用尖劈对(7)对基频光束与待测光束进行合束，调整尖劈对(7)控制合束后的基频光束与待测光束的能量比值在1:100到1:1000之间；
步骤二，通过调整延时线(6)，使合束后的光束经过瞬态光栅晶体(10)产生不同强度的信号光，经探测器(11)测量获得信号光强度数据，并绘制信号光的强度随延时线(6)调制变化的曲线；
步骤三，将调制变化的曲线经过傅里叶变换后，获得待测飞秒激光的光谱、脉宽和相位信息。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020180977A1 (en) * | 2001-05-04 | 2002-12-05 | Excel/Quantronix Corp. | Apparatus and method for measuring intensity and phase of a light pulse with an interferometric asymmetric single-shot autocorrelator |
| CN102636272A (zh) * | 2012-03-22 | 2012-08-15 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 基于瞬态光栅效应的飞秒激光脉冲测量的方法与装置 |
| CN108318143A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-07-24 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 高重复率超短光脉冲载波包络相位的测量系统 |
| CN114361925A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-04-15 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种基于荧光调制采样的激光脉冲特性测量装置及方法 |
-
2022
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020180977A1 (en) * | 2001-05-04 | 2002-12-05 | Excel/Quantronix Corp. | Apparatus and method for measuring intensity and phase of a light pulse with an interferometric asymmetric single-shot autocorrelator |
| CN102636272A (zh) * | 2012-03-22 | 2012-08-15 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 基于瞬态光栅效应的飞秒激光脉冲测量的方法与装置 |
| CN108318143A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-07-24 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 高重复率超短光脉冲载波包络相位的测量系统 |
| CN114361925A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-04-15 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种基于荧光调制采样的激光脉冲特性测量装置及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 徐永生;张骥;张海峰;王雷剑;: "瞬态光栅衍射法紫外单次自相关仪的研究", 原子能科学技术, no. 03, 20 March 2017 (2017-03-20) * |
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