CN114942228A - 材料瞬态特性的精准测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种材料瞬态特性的精准测量装置及方法，包括：脉冲激光器、第一色散元件、第一耦合器、光纤延迟线、光程补偿元件、第二耦合器、待测样品、第二色散元件、第三色散元件和测试设备。传统测量瞬态特性采用自相关技术、时间透镜技术和泵浦‑探测技术等方法，只能测量长时间的平均信号、单发测量，且易受背景噪声的影响，测量灵敏度低，同时测量结果受示波器的时间分辨率和泵浦脉冲的脉宽等的限制。本发明不受传统电子仪器测量响应速度限制，可以实现对脉冲的精确单次测量，测量精度可以达到阿秒量级，对材料瞬态特性实现精准测量。

Description

材料瞬态特性的精准测量装置及方法
技术领域
本发明涉及测量材料瞬态特性的方法，尤其是涉及一种材料瞬态特性的精准测量装置及方法。
背景技术
材料对光的吸收特性是光与物质相互作用的基础物理问题，是利用光学方法探测材料特性的一个重要基础。特别的，可饱和吸收材料在脉冲激光等领域具有重要的价值，是目前市场上产生飞秒脉冲的主要方法。为了得到脉冲宽度更窄、稳定性更高的飞秒脉冲，需要深入理解饱和吸收材料的瞬态特性。材料的可饱和吸收特性一般表现为分子、原子的激发、弛豫过程，这些过程通常在飞秒或皮秒的时间尺度下发生。对于这类事件，目前的电子器件的响应速度不足以测量分辨，所以发展超快时间分辨测量技术是十分必要且迫切的。
目前可以测量飞秒尺度事件的技术有自相关技术、时间透镜技术、泵浦-探测技术等。其中自相关技术可以用于测量脉冲宽度，但只能测量长时间的平均信号，无法做到单发测量。时间透镜技术虽然可以进行单发测量，但一方面依赖对信号的倍频或四波混频，测量灵敏度较低，另一方面受限于示波器的时间分辨率和泵浦脉冲的脉宽，这项技术的时间分辨率在100飞秒量级，不足以绘制可饱和吸收体的激发、弛豫过程。泵浦-探测技术是目前材料科学领域常用的超快时间分辨测量技术，但这项技术中信号光的强度通常远小于泵浦光，造成测量信号较弱，而且光路中的杂散光、光源与探测器的不稳定都会产生背景噪声，影响信号的精度。而且泵浦光和信号光不在同一个方向，操作较为复杂。
最近出现的一种新型超快时间分辨测量技术即色散时域干涉技术。色散时域干涉技术可以实现对脉冲间距的精确单发测量，时间测量精度达到飞秒量级，时间-相位二维测量下的时间精度可以达到15阿秒，可以满足饱和吸收特性测量对时间分辨率的要求。但是，这些技术仅用于测量脉冲激光的特性，无法测量材料的瞬态特性测量。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种材料瞬态特性的精准测量装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一方面，本发明提供一种材料瞬态特性的精准测量装置，包括：脉冲激光器、第一色散元件、第一耦合器、光纤延迟线、光程补偿元件、第二耦合器、待测样品、第二色散元件、第三色散元件和测试设备；
脉冲激光器的输出端连接第一色散元件的输入端，第一色散元件的输出端连接第一耦合器的输入端；
第一耦合器有两个输出端，第一耦合器的第一输出端与光纤延迟线的输入端相连，第一耦合器的第二输出端与光程补偿元件的输入端相连；
第二耦合器有两个输入端和两个输出端，光纤延迟线的输出端连接第二耦合器的第一输入端，光程补偿元件的输出端连接第二耦合器的第二输入端，第二耦合器的第一输出端连接待测样品，经过待测样品后连接第二色散元件的输入端，第二耦合器的第二输出端连接第三色散元件的输入端，其中第二色散元件和第三色散元件的色散量和光程均相同；
测试设备用于测量第二色散元件的输出端、第三色散元件的输出端输出的时域干涉谱。
进一步地，测试设备包括两个光电探测器和一个双通道示波器，第二色散元件的输出端对应接入第一光电探测器，第一光电探测器接示波器的第一输入端，第一光电探测器将采集的光信号转换为电信号，电信号接入示波器的第一输入端，由示波器的第一输入端捕捉到对应的时域干涉谱。第三色散元件的输出端对应接入第二光电探测器，第二光电探测器接示波器的第二输入端，第二光电探测器将采集的光信号转换为电信号，电信号接入示波器的第二输入端，由示波器的第二输入端捕捉到对应的时域干涉谱。
进一步地，所述脉冲激光器所产生的超快脉冲宽度不超过百飞秒量级。
进一步地，所述第一色散元件可以为单模光纤、色散补偿光纤和啁啾光栅中的一种，或它们的混合色散元件。
进一步地，第一耦合器和第二耦合器所构成的双脉冲结构光束中两束脉冲的时间差可控。
进一步地，所述光纤延迟线也可以采用两个光纤准直器代替。
进一步地，待测样品在光纤跳线头端面间隙。
进一步地，所述光程补偿元件为单模光纤，第二色散元件和第三色散元件可以为单模光纤、色散补偿光纤、啁啾光栅和空间光栅中的一种。
进一步地，双脉冲结构光束中，两脉冲的时间间距可以通过调节光程补偿元件的长度和调节光纤延迟线的长度来进行控制。输入光程补偿元件和光纤延迟线的两束脉冲光是完全相同的，因为在输入光程补偿元件和光纤延迟线的之前两束脉冲光的光路是完全相同的。调节光程补偿元件和光纤延迟线的长度，由于光程补偿元件和光纤延迟线长度不同，使得经过光程补偿元件和光纤延迟线之后的两束脉冲光的脉冲不再同步，经过第二耦合器之后构成了双脉冲结构光束，双脉冲结构光束中两个脉冲的时间间距是由光程补偿元件和光纤延迟线的光程差决定的。
进一步地，脉冲激光器为飞秒脉冲激光器。第一色散元件采用色散补偿光纤。第一耦合器、第二耦合器均采用50:50光纤耦合器。第二色散元件光程补偿元件、第二色散元件和第三色散元件采用单模光纤，其中第二色散元件和第三色散元件的色散量相同，光程相同，如第二色散元件和第三色散元件均采用的相同型号、相同色散系数的单模光纤，则采用的单模光纤的长度相同，如均为长10km的单模光纤。
另一方面，本发明提供一种材料瞬态特性的精准测量方法，包括：
搭建上述材料瞬态特性的精准测量装置，其中脉冲激光器为飞秒脉冲激光器。第一色散元件采用色散补偿光纤；第一耦合器、第二耦合器均采用50:50光纤耦合器；光程补偿元件、第二色散元件和第三色散元件采用单模光纤，其中第二色散元件和第三色散元件采用的单模光纤长度相同，均为长10km的单模光纤；
飞秒脉冲激光器产生的超快脉冲经色散补偿光纤注入第一耦合器，被第一耦合器分成两路，其中一路经过光纤延迟线，另一路经过光程补偿元件，然后一起注入到第二耦合器，在第二耦合器交汇形成双脉冲结构光束输出；第二耦合器每个输出端都输出双脉冲结构光束，而且双脉冲结构光束中两个脉冲的时间间距相等；
因从脉冲激光器输出的脉冲经由第一耦合器，光纤延迟线和光程补偿元件，第二耦合器后，由于色散的作用，脉冲展宽，为了使双脉冲之间不发生重叠，便于测量材料的瞬态特性，双脉冲结构光束中脉冲宽度不能过大，所以要对输入材料的双脉冲的脉宽进行压缩，使得经过待测样品的脉冲是可压缩的最窄脉宽。用自相关仪测量待测样品所在位置的双脉冲结构光束的脉冲宽度，然后调节第一色散元件（即色散补偿光纤）的长度对双脉冲结构光束的脉冲宽度进行压缩，直至在第二耦合器的第一输出端处输出的脉冲脉宽达到最窄，保持此时的第一色散元件长度；
第二耦合器的第一输出端输出的双脉冲结构光束经过待测样品，由于待测样品的饱和吸收效应，双脉冲结构光束中两个脉冲的时间间距会发生变化；然后经过第二色散元件，第二色散元件为长10km的单模光纤，将由第二耦合器的第一输出端输出的双脉冲结构光束拉伸到纳秒量级脉冲，用第一光电探测器和示波器的第一输入端捕捉其时域干涉谱。从该时域干涉谱中得到经过待测样品的双脉冲结构光束中两个脉冲的时间间距
Figure 979992DEST_PATH_IMAGE001
；
第二耦合器的第二输出端输出的双脉冲结构光束入射进第三色散元件，第三色散元件为长10km的单模光纤，将由第二耦合器的第二输出端输出的双脉冲结构光束拉伸成纳秒量级脉冲，形成时域干涉谱，用第二光电探测器和示波器的第二输入端捕捉其时域干涉谱，从该时域干涉谱中得到经过第二耦合器第二输出端输出的双脉冲结构中两个脉冲的时间间距
Figure 428291DEST_PATH_IMAGE002
；
待测样品引起的时间间距的改变量根据
Figure 739187DEST_PATH_IMAGE003
计算得到；
由
Figure 399975DEST_PATH_IMAGE004
随脉冲间距
Figure 496238DEST_PATH_IMAGE005
的演变得到脉冲通过待测样品吸收特性的瞬态演化曲线，其中所述脉冲间距
Figure 584280DEST_PATH_IMAGE006
是指经由第二耦合器输出的双脉冲结构光束中两个脉冲的时间间距。
该技术可以实现对阿秒到皮秒的时间信号的单次测量，使其测量精度达到飞秒量级，采样率高达10MHz以上，而且能够覆盖100fs-5ps的时间分辨率信号测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的结构示意图；
图2 为本发明一实施例中飞秒脉冲激光器的结构示意图；
图3是一实施例中飞秒脉冲激光器的输出端输出的超快脉冲的光谱和自相关信号图，其中（a）为飞秒脉冲激光器的输出端输出的超快脉冲的光谱图，（b）为飞秒脉冲激光器的输出端输出的自相关信号图；
图4 是一实施例中示波器测到的典型的色散时域干涉谱；
图5 是可饱和吸收效应造成脉冲中心位置后移的原理图；
图6 是通过测量脉冲间距来测量可饱和吸收体的损耗特性的原理图；
图1和图2中的标号说明：
1、脉冲激光器；2、第一色散元件；3、第一耦合器；4、光纤延迟线；5、光程补偿元件；6、第二耦合器；7、待测样品；8、第二色散元件；9、第三色散元件；10、测试设备；11、增益光纤；12、波分复用器；13、泵浦源；14、第三耦合器；15、非线性偏振旋转锁模装置；16、第一偏振控制器；17、第二偏振控制器；18、偏振相关隔离器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述来清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
参阅图1，本发明的一实施例提供一种材料瞬态特性的精准测量装置，包括：脉冲激光器1、第一色散元件2、第一耦合器3、光纤延迟线4、光程补偿元件5、第二耦合器6、待测样品7、第二色散元件8、第三色散元件9和测试设备10。脉冲激光器提供超快飞秒脉冲，作为测量瞬态特性的测试光源。
脉冲激光器1的输出端连接第一色散元件2的输入端，第一色散元件2的输出端连接第一耦合器3的输入端；
第一耦合器3有两个输出端，第一耦合器3的第一输出端与光纤延迟线4的输入端相连，第一耦合器3的第二输出端与光程补偿元件5的输入端相连；
第二耦合器6有两个输入端和两个输出端，光纤延迟线4的输出端连接第二耦合器6的第一输入端，光程补偿元件5的输出端连接第二耦合器6的第二输入端，第二耦合器6的第一输出端连接待测样品7，经过待测样品7后连接第二色散元件8的输入端，第二耦合器6的第二输出端连接第三色散元件9的输入端；
测试设备10用于测量第二色散元件8的输出端、第三色散元件9的输出端输出的时域干涉谱。
测试设备10包括两个光电探测器和一个双通道示波器，第二色散元件8的输出端对应接入第一光电探测器，第一光电探测器接示波器的第一输入端，第一光电探测器将采集的光信号转换为电信号，电信号接入示波器的第一输入端，由示波器的第一输入端捕捉到对应的时域干涉谱。第三色散元件9的输出端对应接入第二光电探测器，第二光电探测器接示波器的第二输入端，第二光电探测器将采集的光信号转换为电信号，电信号接入示波器的第二输入端，由示波器的第二输入端捕捉到对应的时域干涉谱。
如图2所示，一实施例中的飞秒脉冲激光器包括：增益光纤11、波分复用器12、泵浦源13、第三耦合器14、非线性偏振旋转锁模装置15。非线性偏振旋转锁模装置15由第一偏振控制器16、第二偏振控制器17和偏振相关隔离器18构成。第一偏振控制器16、第二偏振控制器17分别连接在偏振相关隔离器18的两端构成非线性偏振旋转锁模装置15。
一实施例中的飞秒脉冲激光器采用图2所示结构，其中增益光纤11采用掺铒光纤，波分复用器12采用980nm/1550nm波分复用器，泵浦源13采用980nm泵浦源，第三耦合器14采用50:50光纤耦合器。980nm/1550nm波分复用器具有两个输入端和一个输出端，两个输入端分别是980nm输入端和1550nm输入端。
980nm泵浦源与980nm/1550nm波分复用器的980nm输入端相连，980nm/1550nm波分复用器的输出端与掺铒光纤的一端相连，980nm/1550nm波分复用器的1550nm输入端连接非线性偏振旋转锁模装置15的输出端，掺铒光纤的另一端与第三耦合器14的输入端相连，第三耦合器14的第一输出端作为飞秒脉冲激光器的输出端，第三耦合器14的第二输出端连接非线性偏振旋转锁模装置15的输入端。飞秒脉冲激光器中各组成部件之间的连接为光纤直接熔接或光纤连接器连接。
当980nm泵浦源通过980nm/1550nm波分复用器将能量注入到腔后，腔内就会形成逆时针的振荡模式，合理调节第一偏振控制器16和第二偏振控制器17，可以实现飞秒脉冲锁模。这样运用非线性偏振旋转锁模技术可以实现飞秒脉冲激光器的锁模，飞秒脉冲激光器输出飞秒脉冲，脉宽可以达到82飞秒，中心波长1570nm，光谱宽度42nm，而且光谱光滑，可以作为色散时域干涉的脉冲源。如图3所示，是第三耦合器14的第一输出端（即飞秒脉冲激光器的输出端）输出的超快脉冲的光谱和自相关信号图，其中（a）为飞秒脉冲激光器的输出端输出的超快脉冲的光谱图，（b）为飞秒脉冲激光器的输出端输出的自相关信号图，其中心波长是1580nm光谱宽度42nm，在整个范围内光谱曲线平滑。自相关迹的宽度是302fs，说明脉宽是211fs。
参照图1，一实施例提供一种材料瞬态特性的精准测量装置，其中：脉冲激光器1为飞秒脉冲激光器。第一色散元件2采用色散补偿光纤。第一耦合器3、第二耦合器6均采用50:50光纤耦合器。光程补偿元件5、第二色散元件8和第三色散元件9采用单模光纤，其中第二色散元件8和第三色散元件9色散量相同。本实施例中第二色散元件8和第三色散元件9均为长10km的单模光纤。测试设备10包括两个光电探测器和一个带宽为40GHz的双通道示波器。
飞秒脉冲激光器产生的超快脉冲经第一色散元件2注入第一耦合器3，被第一耦合器3分成两路，其中一路经过光纤延迟线4，另一路经过与光纤延迟线4等长的光程补偿元件5，然后一起注入到第二耦合器6，在第二耦合器6交汇形成双脉冲结构光束输出。第二耦合器6采用50:50光纤耦合器，具有两个输出端，第二耦合器6每个输出端都输出双脉冲结构光束，而且双脉冲结构光束中两个脉冲的时间间距相等。这是因为上下两个双脉冲结构光束来源于同一个超快脉冲，经过相同的光路产生的。
第二耦合器6的第一输出端连接待测样品7。因从脉冲激光器1输出的脉冲经由第一耦合器3，光纤延迟线4和光程补偿元件5，第二耦合器6后，由于色散的作用，脉冲展宽，为了使双脉冲之间不发生重叠，便于测量材料的瞬态特性，双脉冲结构光束中脉冲宽度不能过大，所以要对输入材料的双脉冲的脉宽进行压缩，使得经过待测样品的脉冲为可压缩的最窄脉冲。用自相关仪测量待测样品7所在位置的双脉冲结构光束的脉冲宽度，然后调节第一色散元件2（即色散补偿光纤）的长度对双脉冲结构光束的脉冲宽度进行压缩，直至在第二耦合器6的第一输出端处输出的脉冲脉宽达到最窄（即在第二耦合器6的第一输出端处的脉冲的宽度约为82fs），保持此时的第一色散元件2的长度不变。
第二耦合器6的第一输出端输出的双脉冲结构光束经过待测样品7，由于待测样品7的饱和吸收效应，双脉冲结构光束中两个脉冲的时间间距会发生变化；然后经过第二色散元件8，第二色散元件8为长10km的单模光纤，将由第二耦合器6的第一输出端输出的双脉冲结构光束拉伸到纳秒量级脉冲，用第一光电探测器和示波器的第一输入端捕捉其时域干涉谱。通过数值解析，可以从该时域干涉谱中得到经过待测样品的双脉冲结构光束中两个脉冲的时间间距
Figure 382472DEST_PATH_IMAGE007
。
第二耦合器6的第二输出端输出的双脉冲结构光束入射进第三色散元件9，第三色散元件9同样为长10km的单模光纤，将由第二耦合器6的第二输出端输出的双脉冲结构光束拉伸成纳秒量级脉冲，在纳秒脉冲上形成时域干涉谱，用第二光电探测器和示波器的第二输入端捕捉其时域干涉谱，如图4所示。通过数值解析，可以从该时域干涉谱中得到经过第三色散元件的双脉冲结构光束中两个脉冲的时间间距
Figure 112530DEST_PATH_IMAGE008
。
待测样品7引起的时间间距的改变量可以根据
Figure 46988DEST_PATH_IMAGE009
计算得到。
由
Figure 820778DEST_PATH_IMAGE010
随脉冲间距
Figure 840687DEST_PATH_IMAGE011
的演变得到脉冲通过后被测样品吸收特性的瞬态演化曲线，其中所述脉冲间距
Figure 108857DEST_PATH_IMAGE012
是指经由第二耦合器输出的双脉冲结构光束中两个脉冲的时间间距。
文献（Xian, T.; Zhan, L.; Wang, W.; Zhang, W., Subharmonic EntrainmentBreather Solitons in Ultrafast Lasers. Physical Review Letters 2020,125 (16),163901和Xian, T.; Wang, W.; Zhan, L., Dispersive Temporal Interferometrytoward Single-Shot Probing Ultrashort Time Signal with Attosecond Resolution.Advanced Photonics Research 2022,3 (4), 2100303.）中已经详细介绍了色散时域干涉技术的基本原理和数据解码方法，在有相位辅助的情况下，计算
Figure 163401DEST_PATH_IMAGE013
的时间测量精度可以达到15阿秒，量程超过2皮秒；计算
Figure 858824DEST_PATH_IMAGE014
的时间分辨率可以达到2飞秒。所以这些技术的时间分辨率可以达到~2飞秒量级。数据采样率由飞秒脉冲的重复频率决定，可以达到42.8MHz，如果缩短锁模激光器的腔长，采样率还可以提高。
更具体的，被测样品使双脉冲结构光束的时间间距发生改变是基于慢饱和吸收体的可饱和吸收效应，或者说吸收消耗效应，其基本原理如下：在飞秒脉冲通过被测样品时，脉冲前沿的部分会将下能级粒子激发到上能级。由于被测样品慢饱和吸收特性的弛豫时间
Figure 382340DEST_PATH_IMAGE015
远大于飞秒脉冲的脉宽，在脉冲后沿到达时，被脉冲前沿激发到上能级的粒子不能完全弛豫到下能级，所以此时的下能级粒子数少于脉冲前沿经过时的下能级粒子数，造成脉冲后沿受到的损耗小于脉冲前沿受到的损耗，使脉冲中心位置会发生后移，如图5所示。其数学模型如下：假设脉冲的时域包络为
Figure 923043DEST_PATH_IMAGE016
，脉冲到达前被测样品的损耗是
Figure 97673DEST_PATH_IMAGE017
，全部粒子数都处于下能级对应的损耗为
Figure 698418DEST_PATH_IMAGE018
，饱和吸收能量为
Figure 958498DEST_PATH_IMAGE019
，脉冲到达时饱和吸收体的损耗演化可以用速率方程
Figure 820668DEST_PATH_IMAGE021
表示。因为脉宽
Figure 584225DEST_PATH_IMAGE022
，弛豫项可以忽略，所以脉冲所受损耗为：
Figure 887030DEST_PATH_IMAGE023
此处
Figure 103248DEST_PATH_IMAGE024
是到时刻t的入射脉冲能量（参考文献Kutz, J. N.;Collings, B. C.; Bergman, K.; Knox, W. H., Stabilized pulse spacing insoliton lasers due to gain depletion and recovery. IEEE Journal of Quantum Electronics 1998,34 (9), 1749-1757）。脉冲前沿和后沿被测样品损耗的差值为
Figure 516912DEST_PATH_IMAGE025
其中
Figure 885708DEST_PATH_IMAGE026
是单脉冲能量。脉冲中心位置的后移量
Figure 624993DEST_PATH_IMAGE027
正比与
Figure 594086DEST_PATH_IMAGE028
。所以对于双脉冲结构光束，脉冲间距的改变量
Figure 545862DEST_PATH_IMAGE029
由于第一个脉冲使被测样品的一部分下能级粒子激发到上能级，在第二个脉冲到达时被测样品的损耗
Figure 798858DEST_PATH_IMAGE030
。此处，
Figure 443466DEST_PATH_IMAGE031
是被测样品在第二个脉冲到达之前的损耗，也是第一个脉冲过后经过时间
Figure 899855DEST_PATH_IMAGE032
的被测样品损耗。如果两个脉冲的能量相等，那么
Figure 655321DEST_PATH_IMAGE033
可以表示为：
Figure 998709DEST_PATH_IMAGE034
通过测量第三色散元件9输出的时域干涉谱，可以解码得到经过被测样品前的脉冲间距
Figure 548639DEST_PATH_IMAGE035
；测量第二色散元件8输出的时域干涉谱，可以解码得到经过被测样品后的双脉冲的脉冲间距
Figure 492324DEST_PATH_IMAGE036
。被测样品造成的脉冲间距的改变量通过
Figure 51481DEST_PATH_IMAGE037
求得。根据式（5），由
Figure 16420DEST_PATH_IMAGE038
随脉冲间距
Figure 737251DEST_PATH_IMAGE039
的演变可以得到脉冲通过后被测样品吸收特性的瞬态演化曲线。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种材料瞬态特性的精准测量装置，其特征在于，包括：脉冲激光器、第一色散元件、第一耦合器、光纤延迟线、光程补偿元件、第二耦合器、待测样品、第二色散元件、第三色散元件和测试设备；
脉冲激光器的输出端连接第一色散元件的输入端，第一色散元件的输出端连接第一耦合器的输入端；
第一耦合器有两个输出端，第一耦合器的第一输出端与光纤延迟线的输入端相连，第一耦合器的第二输出端与光程补偿元件的输入端相连；
第二耦合器有两个输入端和两个输出端，光纤延迟线的输出端连接第二耦合器的第一输入端，光程补偿元件的输出端连接第二耦合器的第二输入端，第二耦合器的第一输出端连接待测样品，经过待测样品后连接第二色散元件的输入端，第二耦合器的第二输出端连接第三色散元件的输入端，其中第二色散元件和第三色散元件的色散量和光程均相同；
测试设备用于测量第二色散元件的输出端、第三色散元件的输出端输出的时域干涉谱。
2.根据权利要求1所述的材料瞬态特性的精准测量装置，其特征在于，所述测试设备包括两个光电探测器和一个双通道示波器，第二色散元件的输出端对应接入第一光电探测器，第一光电探测器接示波器的第一输入端，第一光电探测器将采集的光信号转换为电信号，电信号接入示波器的第一输入端，由示波器的第一输入端捕捉到对应的时域干涉谱；第三色散元件的输出端对应接入第二光电探测器，第二光电探测器接示波器的第二输入端，第二光电探测器将采集的光信号转换为电信号，电信号接入示波器的第二输入端，由示波器的第二输入端捕捉到对应的时域干涉谱。
3.根据权利要求1所述的材料瞬态特性的精准测量装置，其特征在于，脉冲激光器为飞秒脉冲激光器。
4.根据权利要求1或2或3所述的材料瞬态特性的精准测量装置，其特征在于，第一色散元件采用色散补偿光纤。
5.根据权利要求4所述的材料瞬态特性的精准测量装置，其特征在于，第一耦合器、第二耦合器均采用50:50光纤耦合器。
6.根据权利要求5所述的材料瞬态特性的精准测量装置，其特征在于，光程补偿元件采用单模光纤，第二色散元件和第三色散元件采用单模光纤或色散补偿光纤或啁啾光栅或空间光栅。
7.一种材料瞬态特性的精准测量方法，其特征在于，包括：
搭建如权利要求1所述的材料瞬态特性的精准测量装置，其中脉冲激光器为飞秒脉冲激光器，其中第二色散元件和第三色散元件的色散量和光程均相同；
飞秒脉冲激光器产生的超快脉冲经色散补偿光纤注入第一耦合器，被第一耦合器分成两路，其中一路经过光纤延迟线，另一路经过与光纤延迟线等长的光程补偿元件，然后一起注入到第二耦合器，在第二耦合器交汇形成双脉冲结构光束输出；第二耦合器每个输出端都输出双脉冲结构光束，而且第二耦合器每个输出端输出的双脉冲结构光束的双脉冲间的时间间距相等；
用自相关仪测量待测样品所在位置的双脉冲结构光束的脉冲宽度，然后调节第一色散元件的长度对双脉冲结构光束的脉冲宽度进行压缩，直至在第二耦合器的第一输出端处输出的脉冲脉宽达到最窄，保持此时的第一色散元件长度；
第二耦合器的第一输出端输出的双脉冲结构光束经过待测样品，由于待测样品的饱和吸收效应，双脉冲结构光束中两个脉冲的时间间距会发生变化；然后经过第二色散元件，第二色散元件将由第二耦合器的第一输出端输出的双脉冲结构光束拉伸到纳秒量级脉冲，用第一光电探测器和示波器的第一输入端捕捉其时域干涉谱，从该时域干涉谱中得到经过待测样品的双脉冲结构光束中两个脉冲的时间间距
Figure 169644DEST_PATH_IMAGE001
；
第二耦合器的第二输出端输出的双脉冲结构光束入射进第三色散元件，第三色散元件将由第二耦合器的第二输出端输出的双脉冲结构光束拉伸成纳秒量级脉冲，形成时域干涉谱，用第二光电探测器和示波器的第二输入端捕捉其时域干涉谱，从该时域干涉谱中得到第二耦合器第二输出端输出的双脉冲结构光束中两个脉冲的时间间距
Figure 883522DEST_PATH_IMAGE002
；
待测样品引起的时间间距的改变量根据
Figure 928838DEST_PATH_IMAGE003
计算得到；
由
Figure 605938DEST_PATH_IMAGE004
随脉冲间距
Figure 951469DEST_PATH_IMAGE005
的演变得到脉冲通过待测样品吸收特性的瞬态演化曲线，其中所述脉冲间距
Figure 305090DEST_PATH_IMAGE006
是指经由第二耦合器输出的双脉冲结构光束中两个脉冲的时间间距。
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