CN1936523A - 基于spider技术的超短光脉冲测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超快光学技术方面，其技术核心是对传统的SPIDER装置进行了改进使其适用于更多的应用场合，具体的讲是涉及一种基于SPIDER技术的超短光脉冲测量装置，该装置采用两块同样大小的等腰直角棱镜组成的色散可调脉冲色散器产生啁啾脉冲使得本发明可适用于测量几个飞秒到几百飞秒的光脉冲，而且该脉冲色散器对入射光脉冲是偏振无光的，其几何尺寸也不受光脉冲谱宽的限制。
Description
技术领域
本发明涉及超快光学技术方面，其技术核心是对传统的SPIDER装置进行了改进使其适用于更多的应用场合，具体的讲是涉及一种基于SPIDER技术的超短光脉冲测量装置。
背景技术
超短激光脉冲目前已广泛应用于物理、化学、材料、生物医学、国防、工业加工等各个领域。自八十年代末至今，人们对超短光脉冲的研究一直就没有停止过。其中包括更短、更强的超短脉冲的产生和放大技术、超短脉冲的诊断技术以及不断开拓各种新的应用领域。在各种超短脉冲测量技术中，自相关测量是一种最为常用的技术，其特点为简单、易用。它的缺点为只能近似地测量脉冲宽度而不能测量脉冲的形状和相位。频率分辨光快门技术能测量光脉冲的形状、宽度和相位，结构也相对简单，不过它复杂的数据处理限制了它的工作效率和实时诊断能力。利用光谱剪切干涉的SPIDER技术也能测量光脉冲的宽度、形状和相位。它的优点是：测量在光谱域进行，不需快响应接收器；装置内不含任何移动元件，稳定可靠；递代算法简单，有利于高重复率实时检测。其不足之处为装置内含一脉冲展宽器使其显得结构比较复杂，不同的被测脉冲宽度所需的光谱剪切量也不尽一样。为简化脉冲展宽器的结构，近来人们用单一的玻璃块来实现脉冲展宽，但这种方法得到的脉冲展宽量很有限，只能用于几个飞秒的光脉冲测量。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供基于SPIDER技术的超短光脉冲测量装置，该装置采用两块同样大小的等腰直角棱镜组成的色散可调脉冲色散器产生啁啾脉冲使得本发明可适用于测量几个飞秒到几百飞秒的光脉冲，而且该脉冲色散器对入射光脉冲是偏振无光的，其几何尺寸也不受光脉冲谱宽的限制。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种基于SPIDER技术的超短光脉冲测量装置，包括色散器、分束器、和频晶体、时间延时线等，其特征在于所述的色散器是由两块相同尺寸的等腰直角棱镜组成，两者相对放置，且两者在与入射光轴垂直的方向上的相对位置可调。
所述棱镜的斜边所在表面镀激光波长附近的0°宽带增透膜。所述分束器为一等边棱镜。该等边棱镜的三个工作表面镀激光波长附近的0°宽带增透膜。
该装置还包括一紧凑型的光束时间延时器。该光束时间延时器由两组相同尺寸的反射器组成，两者相对放置，且两者在与入射光轴垂直的方向上的相对位置可调。所述的每一组反射镜由两块相互垂直放置的反射镜组成。
本发明的优点是，结构紧凑，可适用于测量几个飞秒到几百飞秒的光脉冲，而且对入射光脉冲是偏振无光的。其几何尺寸也不受光脉冲谱宽的限制，结构中除非线性和频晶体以外的所有光学元件均偏振无光，从而使得本发明适用于不同偏振方向的光脉冲测量。
附图说明
附图1 本发明的SPIDER装置示意图；
附图2 本发明所用到的光束分束器示意图；
附图3 本发明所用到的光束色散器示意图；
附图4 本发明所用到的光束时间延时器示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-4所示，M1～M12为金属反射镜、CM为凹面金属反射镜、WP为半波片、BS为分束器、C为和频晶体、DL为色散器、TDL时间延迟器、P1～P2为等腰直角棱镜、PL为高折射率的未镀膜光学玻璃楔片。
如图1所示，待测脉冲待测光束以小角度先入射到一高折射率的未镀膜玻璃楔片表面(如SF14)，其反射光经两个脉冲迟延线后被凹面反射镜聚焦到非线性和频晶体上。透射光入射到可调色散器进行脉冲展宽后被棱镜分束器分成两束，此两束光分别经一块同样的等腰直角棱镜后形成具有一定相对时间延迟的啁啾脉冲对。然后和待测脉冲一起被凹面反射镜聚焦到非线性和频晶体上。待测脉冲分别和两啁啾脉冲非线性相互作用得到两束和频光。其相对迟延通过平移M11反射镜来实现。经另一凹面反射镜聚后两束和频光在光谱仪的入射狭缝处重合。
如图2本实施例分束器的设计是在一等边棱镜的三个工作表面镀0°激光波长附近的宽带增透膜，入射光从其中一个工作表面垂直入射。从几何光学的反射定律可知，这种设计使得透射光经一次内部全反射后正好从另一表面0°出射，适当调整棱镜的位置可使得入射光被棱镜50/50分开。一般情况下光经过一棱镜时会产生脉冲沿倾斜，本实施例设计不存在这个问题。另外，棱镜表面和光的相互作用除一次全内反射外，另两次均为光0°入射，所以是偏振无关的。三个工作表面镀同样的膜也有利于降低成本。
如图3本实施例用到的光束色散器是由两块相同尺寸的等腰直角棱镜组成，两者相对放置。光束正入射于其中一者的斜边所在表面而从另一棱镜的斜边所在表面出射。调整两者在斜边所在表面方向的相对位置可改变光束在两者内部的往返次数，从而改变展宽后的脉冲宽度。为减少损耗，两棱镜的斜边所在表面均镀0°激光波长附近的宽带增透膜。该色散器的优点为：
1)色散量可调，从而可满足不同场合的需要；
2)与单一的玻璃块比较，对于相同体积的材料，可得到的色散量要大得多；
3)仅靠材料色散进行脉冲展宽，且工作在正入射条件下。这些使的对失调不灵敏；
4)色散器的尺寸不受激光谱宽的限制；
5)对入射光脉冲偏振无关；
6)光学、机械结构简单，调整方便，稳定性好；
7)价格便宜。
如图4本实施例所用到的光束时间延时器的结构与图3色散器的相似，只不过图3中的两块等腰直角棱镜被两组反射器所取代，每组反射镜由两块相互垂直放置的反射镜组成，同样通过调整两反射器在与入射光轴垂直方向上的相对位移来改变光束在两者内部的往返次数从而达到改变光束时间延时的目的。在本装置中，该延时器和色散器尺寸上相互配套，从而使本装置在满足不同场合的需要的同时，保证结构紧凑，调整简单。
本实施例在用于测量10飞秒左右的超短光脉冲时，控制色散器使得展宽脉冲的时间宽度为300飞秒至800飞秒间。通过图4中的多程光束时间延时器进行粗调光程，用图1中金属反射镜M3和M4组成的时间延时器细调光谱剪切位置，另外用平移棱镜P1以调整光谱剪切量。半波片用于调整展宽脉冲的偏振态。通过一块第二类相位匹配的和频晶体(厚度为20微米左右)得到所需的光谱干涉环。
如果测量的光脉冲为100飞秒左右的光脉冲，调整色散器增加光脉冲在其内部的往返次数，使得展宽脉冲的时间宽度为1.5皮秒左右，相应地增加光脉冲在多程光束时间延时器内的往返次数以平衡光程。增加和频晶体以增强信号强度从而方便测量。在其它结构不变的情况下达到测量目的。
如果被测光脉冲偏振方向改变了，只需转动半波片以及和频晶体即可，使用非常方便。
与现有技术比较，本发明通过利用两块同样大小的等腰直角棱镜组成的色散可调脉冲色散器产生啁啾脉冲使得本发明可适用于测量几个飞秒到几百飞秒的光脉冲，而且该脉冲色散器对入射光脉冲是偏振无光的，其几何尺寸也不受光脉冲谱宽的限制；利用一块等边棱镜充当分束器，该分束器对入射光脉冲也是偏振无光的，另外，通过适当调整棱镜的位置可使得入射光被棱镜50/50分开而不受光学膜的限制。
另外本发明利用与脉冲色散器结构相似的多程反射器作为时间延迟器，使得本发明结构紧凑，所有的45°反射镜均采用金属膜以保证足够的反射带宽同时使结构中除非线性和频晶体以外的所有光学元件均偏振无光，从而使得本发明适用于不同偏振方向的光脉冲测量。
Claims (7)
1.一种基于SPIDER技术的超短光脉冲测量装置，包括色散器、分束器、和频晶体，其特征在于所述的色散器是由两块相同尺寸的等腰直角棱镜组成，两者相对放置，且两者在斜边所在表面方向的相对位置可调。
2.根据权利要求1所述的一种基于SPIDER技术的超短光脉冲测量装置，其特征在于所述棱镜的斜边所在表面镀0°激光波长附近的宽带增透膜。
3.根据权利要求1所述的一种基于SPIDER技术的超短光脉冲测量装置，其特征在于所述分束器为一等边棱镜。
4.根据权利要求3所述的一种基于SPIDER技术的超短光脉冲测量装置，其特征在于所述等边棱镜的三个工作表面镀0°激光波长附近的宽带增透膜。
5.根据权利要求1所述的一种基于SPIDER技术的超短光脉冲测量装置，其特征在于该装置还包括一紧凑型的光束时间延时器。
6.根据权利要求5所述的一种基于SPIDER技术的超短光脉冲测量装置，其特征在于所述光束时间延时器由两组相同尺寸的反射器组成。两组相对放置，且两者在垂直于入射光方向的相对位置可调。
7.根据权利要求6所述的一种基于SPIDER技术的超短光脉冲测量装置，其特征在于所述的每一组反射镜由两块相互垂直放置的45°高反镜组成。
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