專利名稱：基于spider技術(shù)的超短光脈沖測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超快光學(xué)技術(shù)方面，其技術(shù)核心是對(duì)傳統(tǒng)的SPIDER裝置進(jìn)行了改進(jìn)使其適用于更多的應(yīng)用場合，具體的講是涉及一種基于SPIDER技術(shù)的超短光脈沖測量裝置。
背景技術(shù)：
超短激光脈沖目前已廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、材料、生物醫(yī)學(xué)、國防、工業(yè)加工等各個(gè)領(lǐng)域。自八十年代末至今，人們對(duì)超短光脈沖的研究一直就沒有停止過。其中包括更短、更強(qiáng)的超短脈沖的產(chǎn)生和放大技術(shù)、超短脈沖的診斷技術(shù)以及不斷開拓各種新的應(yīng)用領(lǐng)域。在各種超短脈沖測量技術(shù)中，自相關(guān)測量是一種最為常用的技術(shù)，其特點(diǎn)為簡單、易用。它的缺點(diǎn)為只能近似地測量脈沖寬度而不能測量脈沖的形狀和相位。頻率分辨光快門技術(shù)能測量光脈沖的形狀、寬度和相位，結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡單，不過它復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理限制了它的工作效率和實(shí)時(shí)診斷能力。利用光譜剪切干涉的SPIDER技術(shù)也能測量光脈沖的寬度、形狀和相位。它的優(yōu)點(diǎn)是測量在光譜域進(jìn)行，不需快響應(yīng)接收器；裝置內(nèi)不含任何移動(dòng)元件，穩(wěn)定可靠；遞代算法簡單，有利于高重復(fù)率實(shí)時(shí)檢測。其不足之處為裝置內(nèi)含一脈沖展寬器使其顯得結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不同的被測脈沖寬度所需的光譜剪切量也不盡一樣。為簡化脈沖展寬器的結(jié)構(gòu)，近來人們用單一的玻璃塊來實(shí)現(xiàn)脈沖展寬，但這種方法得到的脈沖展寬量很有限，只能用于幾個(gè)飛秒的光脈沖測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供基于SPIDER技術(shù)的超短光脈沖測量裝置，該裝置采用兩塊同樣大小的等腰直角棱鏡組成的色散可調(diào)脈沖色散器產(chǎn)生啁啾脈沖使得本發(fā)明可適用于測量幾個(gè)飛秒到幾百飛秒的光脈沖，而且該脈沖色散器對(duì)入射光脈沖是偏振無光的，其幾何尺寸也不受光脈沖譜寬的限制。
本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成一種基于SPIDER技術(shù)的超短光脈沖測量裝置，包括色散器、分束器、和頻晶體、時(shí)間延時(shí)線等，其特征在于所述的色散器是由兩塊相同尺寸的等腰直角棱鏡組成，兩者相對(duì)放置，且兩者在與入射光軸垂直的方向上的相對(duì)位置可調(diào)。
所述棱鏡的斜邊所在表面鍍激光波長附近的0°寬帶增透膜。所述分束器為一等邊棱鏡。該等邊棱鏡的三個(gè)工作表面鍍激光波長附近的0°寬帶增透膜。
該裝置還包括一緊湊型的光束時(shí)間延時(shí)器。該光束時(shí)間延時(shí)器由兩組相同尺寸的反射器組成，兩者相對(duì)放置，且兩者在與入射光軸垂直的方向上的相對(duì)位置可調(diào)。所述的每一組反射鏡由兩塊相互垂直放置的反射鏡組成。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)緊湊，可適用于測量幾個(gè)飛秒到幾百飛秒的光脈沖，而且對(duì)入射光脈沖是偏振無光的。其幾何尺寸也不受光脈沖譜寬的限制，結(jié)構(gòu)中除非線性和頻晶體以外的所有光學(xué)元件均偏振無光，從而使得本發(fā)明適用于不同偏振方向的光脈沖測量。


附圖1 本發(fā)明的SPIDER裝置示意圖；附圖2 本發(fā)明所用到的光束分束器示意圖；附圖3 本發(fā)明所用到的光束色散器示意圖；附圖4 本發(fā)明所用到的光束時(shí)間延時(shí)器示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解如圖1-4所示，M1～M12為金屬反射鏡、CM為凹面金屬反射鏡、WP為半波片、BS為分束器、C為和頻晶體、DL為色散器、TDL時(shí)間延遲器、P1～P2為等腰直角棱鏡、PL為高折射率的未鍍膜光學(xué)玻璃楔片。
如圖1所示，待測脈沖待測光束以小角度先入射到一高折射率的未鍍膜玻璃楔片表面(如SF14)，其反射光經(jīng)兩個(gè)脈沖遲延線后被凹面反射鏡聚焦到非線性和頻晶體上。透射光入射到可調(diào)色散器進(jìn)行脈沖展寬后被棱鏡分束器分成兩束，此兩束光分別經(jīng)一塊同樣的等腰直角棱鏡后形成具有一定相對(duì)時(shí)間延遲的啁啾脈沖對(duì)。然后和待測脈沖一起被凹面反射鏡聚焦到非線性和頻晶體上。待測脈沖分別和兩啁啾脈沖非線性相互作用得到兩束和頻光。其相對(duì)遲延通過平移M11反射鏡來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)另一凹面反射鏡聚后兩束和頻光在光譜儀的入射狹縫處重合。
如圖2本實(shí)施例分束器的設(shè)計(jì)是在一等邊棱鏡的三個(gè)工作表面鍍0°激光波長附近的寬帶增透膜，入射光從其中一個(gè)工作表面垂直入射。從幾何光學(xué)的反射定律可知，這種設(shè)計(jì)使得透射光經(jīng)一次內(nèi)部全反射后正好從另一表面0°出射，適當(dāng)調(diào)整棱鏡的位置可使得入射光被棱鏡50/50分開。一般情況下光經(jīng)過一棱鏡時(shí)會(huì)產(chǎn)生脈沖沿傾斜，本實(shí)施例設(shè)計(jì)不存在這個(gè)問題。另外，棱鏡表面和光的相互作用除一次全內(nèi)反射外，另兩次均為光0°入射，所以是偏振無關(guān)的。三個(gè)工作表面鍍同樣的膜也有利于降低成本。
如圖3本實(shí)施例用到的光束色散器是由兩塊相同尺寸的等腰直角棱鏡組成，兩者相對(duì)放置。光束正入射于其中一者的斜邊所在表面而從另一棱鏡的斜邊所在表面出射。調(diào)整兩者在斜邊所在表面方向的相對(duì)位置可改變光束在兩者內(nèi)部的往返次數(shù)，從而改變展寬后的脈沖寬度。為減少損耗，兩棱鏡的斜邊所在表面均鍍0°激光波長附近的寬帶增透膜。該色散器的優(yōu)點(diǎn)為1)色散量可調(diào)，從而可滿足不同場合的需要；2)與單一的玻璃塊比較，對(duì)于相同體積的材料，可得到的色散量要大得多；3)僅靠材料色散進(jìn)行脈沖展寬，且工作在正入射條件下。這些使的對(duì)失調(diào)不靈敏；4)色散器的尺寸不受激光譜寬的限制；5)對(duì)入射光脈沖偏振無關(guān)；6)光學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，穩(wěn)定性好；7)價(jià)格便宜。
如圖4本實(shí)施例所用到的光束時(shí)間延時(shí)器的結(jié)構(gòu)與圖3色散器的相似，只不過圖3中的兩塊等腰直角棱鏡被兩組反射器所取代，每組反射鏡由兩塊相互垂直放置的反射鏡組成，同樣通過調(diào)整兩反射器在與入射光軸垂直方向上的相對(duì)位移來改變光束在兩者內(nèi)部的往返次數(shù)從而達(dá)到改變光束時(shí)間延時(shí)的目的。在本裝置中，該延時(shí)器和色散器尺寸上相互配套，從而使本裝置在滿足不同場合的需要的同時(shí)，保證結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整簡單。
本實(shí)施例在用于測量10飛秒左右的超短光脈沖時(shí)，控制色散器使得展寬脈沖的時(shí)間寬度為300飛秒至800飛秒間。通過圖4中的多程光束時(shí)間延時(shí)器進(jìn)行粗調(diào)光程，用圖1中金屬反射鏡M3和M4組成的時(shí)間延時(shí)器細(xì)調(diào)光譜剪切位置，另外用平移棱鏡P1以調(diào)整光譜剪切量。半波片用于調(diào)整展寬脈沖的偏振態(tài)。通過一塊第二類相位匹配的和頻晶體(厚度為20微米左右)得到所需的光譜干涉環(huán)。
如果測量的光脈沖為100飛秒左右的光脈沖，調(diào)整色散器增加光脈沖在其內(nèi)部的往返次數(shù)，使得展寬脈沖的時(shí)間寬度為1.5皮秒左右，相應(yīng)地增加光脈沖在多程光束時(shí)間延時(shí)器內(nèi)的往返次數(shù)以平衡光程。增加和頻晶體以增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度從而方便測量。在其它結(jié)構(gòu)不變的情況下達(dá)到測量目的。
如果被測光脈沖偏振方向改變了，只需轉(zhuǎn)動(dòng)半波片以及和頻晶體即可，使用非常方便。
與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明通過利用兩塊同樣大小的等腰直角棱鏡組成的色散可調(diào)脈沖色散器產(chǎn)生啁啾脈沖使得本發(fā)明可適用于測量幾個(gè)飛秒到幾百飛秒的光脈沖，而且該脈沖色散器對(duì)入射光脈沖是偏振無光的，其幾何尺寸也不受光脈沖譜寬的限制；利用一塊等邊棱鏡充當(dāng)分束器，該分束器對(duì)入射光脈沖也是偏振無光的，另外，通過適當(dāng)調(diào)整棱鏡的位置可使得入射光被棱鏡50/50分開而不受光學(xué)膜的限制。
另外本發(fā)明利用與脈沖色散器結(jié)構(gòu)相似的多程反射器作為時(shí)間延遲器，使得本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，所有的45°反射鏡均采用金屬膜以保證足夠的反射帶寬同時(shí)使結(jié)構(gòu)中除非線性和頻晶體以外的所有光學(xué)元件均偏振無光，從而使得本發(fā)明適用于不同偏振方向的光脈沖測量。
權(quán)利要求
1.一種基于SPIDER技術(shù)的超短光脈沖測量裝置，包括色散器、分束器、和頻晶體，其特征在于所述的色散器是由兩塊相同尺寸的等腰直角棱鏡組成，兩者相對(duì)放置，且兩者在斜邊所在表面方向的相對(duì)位置可調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于SPIDER技術(shù)的超短光脈沖測量裝置，其特征在于所述棱鏡的斜邊所在表面鍍0°激光波長附近的寬帶增透膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于SPIDER技術(shù)的超短光脈沖測量裝置，其特征在于所述分束器為一等邊棱鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于SPIDER技術(shù)的超短光脈沖測量裝置，其特征在于所述等邊棱鏡的三個(gè)工作表面鍍0°激光波長附近的寬帶增透膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于SPIDER技術(shù)的超短光脈沖測量裝置，其特征在于該裝置還包括一緊湊型的光束時(shí)間延時(shí)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于SPIDER技術(shù)的超短光脈沖測量裝置，其特征在于所述光束時(shí)間延時(shí)器由兩組相同尺寸的反射器組成。兩組相對(duì)放置，且兩者在垂直于入射光方向的相對(duì)位置可調(diào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于SPIDER技術(shù)的超短光脈沖測量裝置，其特征在于所述的每一組反射鏡由兩塊相互垂直放置的45°高反鏡組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及超快光學(xué)技術(shù)方面，其技術(shù)核心是對(duì)傳統(tǒng)的SPIDER裝置進(jìn)行了改進(jìn)使其適用于更多的應(yīng)用場合，具體的講是涉及一種基于SPIDER技術(shù)的超短光脈沖測量裝置，該裝置采用兩塊同樣大小的等腰直角棱鏡組成的色散可調(diào)脈沖色散器產(chǎn)生啁啾脈沖使得本發(fā)明可適用于測量幾個(gè)飛秒到幾百飛秒的光脈沖，而且該脈沖色散器對(duì)入射光脈沖是偏振無光的，其幾何尺寸也不受光脈沖譜寬的限制。
文檔編號(hào)G01J11/00GK1936523SQ20061011681
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者徐世祥, 韓曉紅, 許智雄, 楊旋, 曾和平 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)