CN202126311U - 频率分辨光学开关法测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于激光参数测量技术领域，它公开了一种频率分辨光学开关法测量装置，该装置包括分光板、柱透镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、非线性介质、挡光板、光谱仪和配有FROG迭代程序的计算机。其中非线性介质采用透紫外光的介质薄片。该装置可适用于单次紫外超短脉冲激光频率分辨光学开关法测量。
Description
技术领域
本实用新型属于激光参数测量技术领域，具体涉及一种频率分辨光学开关法(Frequency-Resolved-Optical-Gating，简称FROG)测量超短脉冲激光参数的装置。
背景技术
FROG是测量超短脉冲激光的有力工具，其原理是将自相关仪和光谱仪结合起来，得到时域-频域正交的二维谱图，再利用计算机迭代算法还原出激光脉冲的波形、光谱、相位、脉宽、带宽等信息。据文献“Frequency-Resolved-Optical-Grating：The Measurement of UltrashortLaser Pulses，Rick Trebino，2000Kluwer Academic Publishers”报道，目前国外发展了二次谐波法、三次谐波法、自衍射法、偏振法、瞬态光栅衍射法等FROG测量系统，其中二次谐波法比较普遍，而且形成了产品。国内也开展了相关的研究，但大部分集中在二次谐波法FROG测量系统的研究上。
二次谐波法FROG系统能测量可见、红外超短脉冲，但无法测量紫外超短脉冲，因为缺乏从紫外到深紫外的倍频晶体。同时，二次谐波法FROG系统多数集中在如何测量重复频率的超短脉冲激光，对于只能单次发射的超短脉冲激光，就需要重新设计光路。
发明内容
(一)发明目的
针对二次谐波FROG系统现有技术的两个缺陷：一是不能测量紫外脉冲，二是不能测量单次脉冲，本实用新型提供一种利用瞬态光栅衍射法设计的单次紫外超短脉冲激光频率分辨光学开关法测量装置。
(二)技术方案
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种频率分辨光学开关法测量装置，包括分光板、柱透镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、非线性介质、挡光板、光谱仪和配有FROG迭代程序的计算机。
所述分光板是在一块平板上挖出三个相同的矩形孔，三个矩形孔中心位于一个正方形的三个顶点上，分光板将入射激光分成平行的三束，其中两束作为开关光、一束作为探测光；
所述柱透镜将分出的三束光聚焦，焦线在非线性介质上；
所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜位于柱透镜和非线性介质中间，第二反射镜和第三反射镜紧凑放置，镜面法线有7～8度夹角，第一反射镜位于第二反射镜和第三反射镜上方；
所述非线性介质采用透紫外光的介质薄片；
所述挡光板挡住从非线性介质出射的剩余开关光与探测光，仅让信号光通过；
所述光谱仪接收信号光，形成FROG图谱；
所述配有FROG迭代程序的计算机将FROG图谱进行迭代计算，还原出单次紫外超短脉冲的波形、脉宽、光谱、带宽、相位等信息。
(三)发明效果
在上述技术方案中，当两束开关光在非线性介质上时间和空间都重合时，就相互干涉形成折射率瞬态光栅，光栅刻线就是两束光的干涉条纹，它们垂直焦线分布。该瞬态光栅沿着焦线对探测光脉冲的前沿、中心、后沿同时进行衍射，这样，只需要脉冲的单次发射，脉冲的时间延迟信息就一一映射到衍射光的空间光束截面上，从而解决了二次谐波法FROG系统不能解决的单次测量问题。另外，由于信号光的产生为瞬态光栅衍射过程，因此信号光的波长与待测脉冲波长一致，也就是说，该测量方法与波长无关，不仅可以实现紫外波段脉冲的测量，还可以用于其他波段脉冲的测量，从而解决了二次谐波法FROG系统不能在紫外波段测量的问题。还有，由于没有使用昂贵的倍频晶体，所以建设装置的成本可略有降低。
附图说明
图1是频率分辨光学开关法测量装置原理图。其中，1为待测激光脉冲；2为分光板；k1、k2、k3为分光板2分出的三束光；3为柱透镜；4-1、4-2、4-3分别为第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜；5为非线性介质；6为挡光板；ks为衍射光；7为光谱仪；8为带有FROG迭代程序的计算机。
图2是分光板结构示意图。
图3是挡光板结构示意图。
图4为非线性介质内部的衍射过程立体图。其中：k1、k2、k3是分光板2分出来的三束光，G为光束k2和k3在非线性介质5内部形成的瞬态光栅，光束k1被瞬态光栅G衍射，衍射光束为ks。
图5是本实施例测量到的主放FROG图像。
图6是本实施例主放脉冲波形及其相位分布。
图7是本实施例主放输出脉冲的光谱及其波形分布。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型所提供的技术方案作进一步阐述。
如图1、图2和图3所示，一种单次紫外超短脉冲激光频率分辨光学开关法测量装置，包括分光板2、柱透镜3、第一反射镜4-1、第二反射镜4-2、第三反射镜4-3、非线性介质5、挡光板6、光谱仪7和计算机8。
分光板2是在一块平板上挖出三个相同的矩形孔，三个矩形孔中心位于一个正方形的三个顶点上，本实施例中，矩形孔尺寸为10mm×2mm，孔心间距15mm。第一反射镜4-1、第二反射镜4-2、第三反射镜4-3位于柱透镜和非线性介质中间，第二反射镜4-2和第三反射镜4-3镜紧凑放置，镜面法线有7～8度夹角，本实施例设计为7.5度夹角；第一反射镜位于第二反射镜和第三反射镜上方。分光板2将待测激光脉冲1分为形状相同的三束平行光k1、k2、k3，三束平行光由截面尺寸为30mm×30mm、焦距为500mm的柱透镜3线聚焦到非线性介质5上。其中光束k1和k2经过第一反射镜4-1和第二反射镜4-2反射后，入射到非线性介质5上，光束k3经过第一反射镜4-1反射和第三反射镜4-3反射后，也入射到非线性介质5上。
非线性介质5厚度为0.7～0.8mm，材料采用熔石英。如图4所示，在非线性介质5内部，光束k2和光束k3交叉重合，当时间同步时，形成折射率瞬态光栅G，光束k1被瞬态光栅G衍射，形成衍射光束ks，从非线性介质5出射的四束光k1、k2、k3和ks光束截面中心形成一个正方形，其中k1、k2、k3被挡光板6挡住，只让衍射光ks通过，衍射光ks与水平面平行，被引进光谱仪7中进行频率分辨，形成FROG图谱，最后由计算机8显示并迭代还原。
在本实施例中，测量装置的时间分辨率为37.2fs，光谱分辨率为0.038nm，时间量程为8.9ps，光谱量程为9.7nm。利用该装置测量“天光一号”电子束泵浦KrF准分子激光主放大器输出的波长为248nm的单次紫外超短脉冲激光，得到了FROG图谱，并用计算机迭代程序还原出了单次脉冲的波形、光谱、相位、脉宽和带宽信息。FROG图谱如图5所示，还原出的脉冲波形结构和时间相位如图6所示，从图6可以读出脉冲具有次脉冲结构，时间全宽约为4ps，时间相位呈开口向下的抛物线结构，说明脉冲具有正啁啾。还原出的脉冲光谱结构和光谱相位如图7所示，从图7可以读出光谱具有结构，光谱全宽约为2.5nm，光谱相位呈开口向上的抛物线结构，同样说明脉冲具有正啁啾。
显然本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种修改和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，假若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求其等同技术的范围内，则本实用新型也意图包含这些修改和变型。
Claims (3)
1.一种频率分辨光学开关法测量装置，包括分光板(2)、柱透镜(3)、第一反射镜(4-1)、第二反射镜(4-2)、第三反射镜(4-3)、非线性介质(5)、挡光板(6)、光谱仪(7)和计算机(8)；
所述分光板(2)是在一块平板上挖出三个相同的矩形孔，三个矩形孔中心位于一个正方形的三个顶点上，分光板(2)将入射激光分成平行的三束，其中两束作为开关光、一束作为探测光；
所述柱透镜(3)将分出的三束光聚焦，焦线在非线性介质(5)上；
所述第一反射镜(4-1)、第二反射镜(4-2)、第三反射镜(4-3)位于柱透镜(3)和非线性介质(5)中间，第二反射镜(4-2)、第三反射镜(4-3)的镜面法线有7～8度夹角，第一反射镜(4-1)位于第二反射镜(4-2)、第三反射镜(4-3)上方；
所述非线性介质(5)采用透紫外光的介质薄片；
所述挡光板(6)挡住从非线性介质(5)出射的剩余开关光与探测光，仅让信号光通过；
所述光谱仪(7)接收信号光，形成FROG图谱。
2.根据权利要求1所述的频率分辨光学开关法测量装置，其特征在于：所述的第二反射镜(4-2)、第三反射镜(4-3)的镜面法线夹角为7.5度。
3.根据权利要求1所述的频率分辨光学开关法测量装置，其特征在于：所述的非线性介质(5)的厚度为0.7～0.8mm，材料为熔石英。
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