CN110487426B - 一种近红外飞秒激光光谱相位测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种近红外飞秒激光光谱相位测量装置，装置包括：分束器、倍频器、展宽器、精密延时线、延时补偿器、脉冲对延迟产生器、布儒斯特反射器、宽带1/4玻片、聚焦镜、和频器以及光谱仪；待测激光束经分束器分为第一激光束和第二激光束，第一激光束经倍频器、展宽器以及精密延时线得到啁啾脉冲，第二激光束经延时补偿器、脉冲对延迟产生器、宽带1/4玻片、以及布儒斯特反射器；然后与啁啾脉冲一起经聚焦镜在和频器中发生非线性和频；和频信号被光谱仪接收，得到光谱干涉条纹；通过对得到的光谱干涉条纹进行数值处理，即可得到超短激光脉冲的光谱相位，进而得到脉冲的时间/光谱特性。该装置具有性价比高、结构紧凑、调节方便等优点。
Description
技术领域
本发明属于飞秒激光测量技术领域，尤其涉及一种近红外飞秒激光光谱相位测量装置。
背景技术
飞秒激光脉冲自产生以来，在许多前沿科学技术领域得到了广泛应用，如超快非线性光学、太赫兹技术和强场核物理等。飞秒激光脉冲的特性主要是强度和相位随时间的变化规律，但是由于飞秒时间量级已经超出了电子响应速度的极限导致无法使用快速响应的电子仪器直接测量其时域特性，因此需采用新的测量技术—自相关法、频率分辨光学开关法(frequency resolved optical gating，FROG)和自参考光谱相干电场重建法(spectral phase interferometry for direct electrical reconstruction，SPIDER)。其中，自相关法可以测量强度的时间特性，能满足一般的应用场合；而FROG法和SPIDER法能精确测量飞秒脉冲的相位信息，能用于精确的脉冲时间/光谱特性测量。
传统根据SPIDER法的原理制成的激光光谱相位测量装置，脉冲延迟产生装置采用迈克尔逊干涉仪，然而迈克尔逊干涉仪由于成本高昂，限制了飞秒激光光谱测量装置的推广运用。
发明内容
本发明提供一种近红外飞秒激光光谱相位测量装置，用以解决现有技术中使用迈克尔逊干涉仪产生双延迟脉冲，迈克尔逊干涉仪成本高昂不利于飞秒激光光谱测量装置推广运用的技术问题。
本发明提供一种近红外飞秒激光光谱相位测量装置，所述装置包括：分束器、倍频器、展宽器、精密延时线、延时补偿器、脉冲对延迟产生器、布儒斯特反射器、宽带1/4玻片、聚焦镜、和频器以及光谱仪；待测激光束经所述分束器分为第一激光束和第二激光束，所述第一激光束经所述倍频器、所述展宽器以及所述精密延时线得到啁啾脉冲，所述第二激光束经所述延时补偿器、所述脉冲对延迟产生器、所述宽带1/4玻片、以及所述布儒斯特反射器后与所述啁啾脉冲一起被所述聚焦镜聚焦至所述和频器，和频光被光谱仪接收得到光谱干涉条纹，所述光谱干涉条纹经数值处理得到超短激光脉冲光谱相位。
进一步地，所述第一激光束入射一倍频器，产生倍频激光脉冲。
进一步地，所述倍频激光脉冲经展宽器展宽，所述倍频激光脉冲的时间宽度被展宽，变为啁啾脉冲。
进一步地，所述延时补偿器由两组相同的反射器组成；所述两组反射器的开口相对设置，且两者在垂直于入射光方向的相对位置可调；所述反射器由两块斜面垂直设置的等腰直角棱镜组成；所述等腰直角棱镜的斜面镀有45°的宽带高反膜；所述第二激光束平行于反射器侧边射入一组反射器，从另一组反射器射出。
进一步地，所述展宽器为一六边形色散棱镜。所述六边形色散棱镜等价于一矩形棱镜被切去两邻角的剩下部分，切去的部分是两等腰直角棱镜。
进一步地，所述脉冲对延迟产生器为双折射晶体，入射光的偏振方向与所述双折射晶体的光轴和入射光传输方向构成的平面成45°，入射光经所述脉冲对延迟产生器后产生偏振方向相互垂直，且具有相对时间延迟的共线脉冲对。
进一步地，所述共线脉冲对经过所述布儒斯特反射器的反射，得到偏振方向一致的、具有相对时间延迟的共线脉冲对。
进一步地，所述相对时间延迟的共线脉冲对与所述啁啾脉冲一起被所述聚焦镜聚焦到所述和频器产生和频脉冲对，所述和频脉冲对被光谱仪接收，得到光谱干涉环，经数值分析即可得到近红外飞秒激光光谱相位。
从上述本发明实施例可知，本发明提供的近红外飞秒激光光谱相位测量装置，采用双折射单轴晶体作为脉冲对延迟产生器，相对于传统近红外飞秒激光光谱相位测量装置中使用迈克尔逊干涉仪作为脉冲对延迟产生器，双折射单轴晶体占据更小的空间且价格低廉，本申请实施例提供的近红外飞秒激光光谱相位测量装置拥有更高的性价比且结构紧凑，更利于近红外激光光谱相位测量装置的推广运用。
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，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的近红外飞秒激光光谱相位测量装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的近红外飞秒激光光谱相位测量装置的展宽器的结构示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本申请实施例提供的近红外飞秒激光光谱相位测量装置的结构示意图。装置包括：分束器101、倍频器102、展宽器103、精密延时线104、延时补偿器105、脉冲对延迟产生器106、宽带1/4玻片107、布儒斯特反射器108、聚焦镜109、和频器110以及光谱仪112；待测激光束经分束器101分为第一激光束和第二激光束，第一激光束经倍频器102、展宽器103以及精密延时线104得到啁啾脉冲，第二激光束经延时补偿器105、脉冲对延迟产生器106、宽带1/4玻片107、以及布儒斯特反射器108后与啁啾脉冲经聚焦镜109及和频器110作用后得到光谱干涉条纹，光谱干涉条纹被光谱仪112接收；
脉冲对延时产生器为双折射晶体，双折射晶体的光轴与入射光的入射面平行。
在本申请实施例中，本申请实施例提供的一种近红外飞秒激光光谱相位测量装置，该装置的脉冲对延时产生器106为双折射晶体，该双折射单轴晶体的光轴与入射光的入射面平行，入射光的偏振方向与所述双折射晶体的光轴和入射光传输方向构成的平面成45°，入射光经所述脉冲对延迟产生器后产生偏振方向相互垂直，且具有相对时间延迟的共线脉冲对。待测近红外飞秒激光经分束器101分为两束相同的激光，分束器可以是一分束棱镜。其中一束激光经过倍频器102倍频后产生倍频激光脉冲，倍频激光脉冲通过展宽器103进行展宽，得到时间宽度被展宽的啁啾脉冲。倍频器102可以是倍频晶体。另一束激光经过延时补偿器105后经脉冲对延时产生器106后形成一对具有一定延迟的偏振方向相互垂直的脉冲对。产生的脉冲对经过宽带1/4玻片107，宽带1/4玻片107的快慢轴分别与入射脉冲对的偏振方向平行。旋转该玻片90°可使得脉冲对的相对相移改变180°。该脉冲对然后入射至布儒斯特反射器108，得到偏振方向一致的、具有相对时间延迟的共线脉冲对。脉冲对的反射光和经过精密延时线104的啁啾脉冲一起经聚焦镜109聚焦后达到和频器110，得到和频脉冲对形成干涉环，并经光阑111作用后被光谱仪112接收。90°旋转玻片107，光谱仪可接收到两幅具有180°相移的光谱干涉条纹。经过计算后即可还原得到飞秒激光光谱相位。图中113、114以及115为反射镜。
本申请实施例提供的近红外飞秒激光光谱相位测量装置，采用双折射单轴晶体作为脉冲对延迟产生器，相对于采用迈克尔逊干涉仪产生延迟脉冲对，双折射单轴晶体价格低廉且占据空间小，制得的测量装置具有性价比高结构紧凑的优点。
进一步地，双折射单轴晶体可以是α-BBO晶体。
进一步地，展宽器为一六边形色散棱镜，六边形色散棱镜等价于一矩形棱镜被切去两邻角的剩下部分，切去的部分是两等腰直角棱镜。
在本申请实施例中，如图1所示，本发明提供的近红外飞秒激光光谱相位测量装置中的展宽器为一结构为六边形的色散棱镜，该棱镜的结构可以看作一个矩形的相邻两角分别切去一个等腰直角三角形而得到。或者，如图2所示，为本申请实施例提供的近红外飞秒激光光谱相位测量装置的展宽器的结构示意图。该棱镜的结构可以看作两个完全相同的直角边长为L等腰直角三角形201与202沿斜边重合对称放置，然后使其沿斜边相对平移
切去两头突出的直角边长为d的两个小等腰直角三角形，得到长为L+d，宽为L-d的矩形。将该矩形的相邻两个角分别切去一个直角边长为a和b的等腰直角三角形，剩下的部分即为本申请实施例提供的展宽器的结构。本申请实施例提供的展宽器具有调节方便，结构紧凑的优点。
进一步地，延时补偿器由两组相同的反射器组成，两组反射器的开口相对设置，且两者在垂直于入射光方向的相对位置可调，反射器由两块斜面垂直设置的等腰直角棱镜组成，等腰直角棱镜的斜面镀有45°的宽带高反膜；第二激光束平行于反射器侧边射入一组反射器，从另一组反射器射出。
在本申请实施例中，如图1所示，延迟补偿器105由两组相同的反射器组成，两组反射器的开头相对设置以使分束后的光束在延迟补偿器中进行折返。反射器由两块斜面垂直设置的等腰直角棱镜组成，以实现光束在延迟产生器中180°折返。激光束沿平行于等腰直角棱镜直角边的方向入射，从另一反射器射出。通过调整两组反射器在入射光垂直方向上的相对位置，可以调整光束在延迟补偿器中的传输路径，从而可以调整延迟时间。
进一步地，和频器可为I类BBO晶体。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本发明所提供的技术方案的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种近红外飞秒激光光谱相位测量装置，其特征在于，所述装置包括：分束器、倍频器、展宽器、精密延时线、延时补偿器、脉冲对延迟产生器、布儒斯特反射器、宽带1/4玻片、聚焦镜、和频器以及光谱仪；待测激光束经所述分束器分为第一激光束和第二激光束，所述第一激光束经所述倍频器、所述展宽器以及所述精密延时线得到啁啾脉冲，所述第二激光束经所述延时补偿器、所述脉冲对延迟产生器、所述宽带1/4玻片、以及所述布儒斯特反射器后与所述啁啾脉冲一起被所述聚焦镜聚焦至所述和频器，和频光被光谱仪接收得到光谱干涉条纹，所述光谱干涉条纹经数值处理得到超短激光脉冲光谱相位，所述展宽器为六边形色散棱镜，所述六边形色散棱镜等价于一矩形棱镜被切去两邻角的剩下部分，切去的部分是两等腰直角棱镜；
所述剩下部分还包括两个直角和四个钝角，与其中一个直角相对的平面作为倍频激光脉冲的入射面，而与另一个直角相对的平面则作为被展宽后的啁啾脉冲的出射面，输入光束和出射光束分别垂直于入射面和出射面。
2.根据权利要求1所述的近红外飞秒激光光谱相位测量装置，其特征在于，所述第一激光束入射一倍频器，产生倍频激光脉冲。
3.根据权利要求2所述的近红外飞秒激光光谱相位测量装置，其特征在于，所述倍频激光脉冲经展宽器展宽，所述倍频激光脉冲的时间宽度被展宽，变为啁啾脉冲。
4.根据权利要求1所述的近红外飞秒激光光谱相位测量装置，其特征在于，所述延时补偿器由两组相同的反射器组成；所述两组反射器的开口相对设置，且两者在垂直于入射光方向的相对位置可调；所述反射器由两块斜面垂直设置的等腰直角棱镜组成；所述等腰直角棱镜的斜面镀有45°的宽带高反膜；所述第二激光束平行于反射器侧边射入一组反射器，从另一组反射器射出。
5.根据权利要求1所述的近红外飞秒激光光谱相位测量装置，其特征在于，所述脉冲对延迟产生器为双折射晶体，入射光的偏振方向与所述双折射晶体的光轴和入射光传输方向构成的平面成45°，入射光经所述脉冲对延迟产生器后产生偏振方向相互垂直，且具有相对时间延迟的共线脉冲对。
6.根据权利要求5所述的近红外飞秒激光光谱相位测量装置，其特征在于，所述共线脉冲对经过所述布儒斯特反射器的反射，得到偏振方向一致的、具有相对时间延迟的共线脉冲对。
7.根据权利要求6所述的近红外飞秒激光光谱相位测量装置，其特征在于，所述相对时间延迟的共线脉冲对与所述啁啾脉冲一起被所述聚焦镜聚焦到所述和频器产生和频脉冲对，所述和频脉冲对被光谱仪接收，得到光谱干涉环，经数值分析即可得到近红外飞秒激光光谱相位。
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