[發明專利]超短激光脈沖時間寬度的測量方法

無效

• 申請號: 01113051.2
• 申請日: 2001-06-01
• 公開（公告）號: CN1317686A
• 公開（公告）日: 2001-10-17
• 發明（設計）人: 周常河;席鵬;劉立人
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00;G01B9/02
• 代理公司: 上海華東專利事務所
• 代理人: 李蘭英

本發明涉及一種超短激光脈沖時間寬度的測量方法，特別適用于飛秒激光脈沖時間寬度的測量。

在先技術[1](參見Naganuma；Kazunori,Noda；Juichi，美國專利，1987.9.8,US4792230,Method?and?apparatus?for?measuring?ultrashort?optical?pulses.)所描述的二次諧波相關法是超短脈沖時間寬度測量法中應用最為廣泛的方法。其基本原理是將待測光脈沖分成兩束場強相同的光脈沖，分別經過不同的光程，通過非線性晶體產生二次諧波信號，由該信號脈寬反推出待測脈沖寬度。它分為單次發射法和多次發射法兩類。多次發射法利用低頻振蕩器來控制兩脈沖的延遲時差，通過記錄二次諧波強度與延遲時差的關系來推出脈沖寬度。它需要一串完全相同的脈沖序列才能測量，目前測量范圍為皮秒至幾個飛秒。單次發射法的基本過程是將時域外形改變為空域外形，兩脈沖同時非共線進入非線性晶體，由于在不同坐標處對應的相對時延不同，通過一維光強探測器電荷耦合器(CCD)或多通道分析儀(OMA)即可推出脈沖寬度。它只需一個脈沖即可測量脈寬，但它要求的脈寬能量較高。目前測量范圍為皮秒至50飛秒左右。

在先技術中的三次相關法將所測脈沖分為三個脈沖，經過不同的光程進行相關，通過測量其諧波來反推出脈沖寬度。利用它可以了解原始脈沖的對稱性。由于需要三次諧波，所需能量要求很高。目前測量范圍為皮秒至50飛秒左右。

在先技術[2](參見D.J.Kane,R.Trekino,Optics?Letters,18(10),1993,823-825,Single-shot?measurement?of?intensity?and?phase?of?an?arbitrary?ultrashort?pulse?by?usingfrequency-resolved?optical?gating.)所描述的頻率分解光學門法(FROG法)利用克爾(Kerr)效應來重現脈沖，這一方法可在非共軸二次諧波產生自相關測量系統中通過測量二次諧波光的頻率來測量脈寬。它可以同時給出振幅和位相信息實現脈沖重構。目前這一方法已能測量皮秒至50飛秒左右的脈寬。

在先技術[3](參見L.Gallman,D.H.Sutter,N.Matuschek?et?al.,Optics?Letters,24(18),1999,1314-1316,Characterization?of?sub-6-fs?optical?pulses?with?spectralphase?interferometry?for?direct?electric-field?reconstruction.)所描述的光譜位相干涉實現電磁場重構法(SPIDER法)是目前超短脈沖測量法中最新的一種，它利用一對原始脈沖的復制品與展寬的原始脈沖相關產生二次諧波來測量脈沖寬度，實現脈沖重構。它具有可測量的脈沖波長、時間范圍寬的優點(超過了上述所有的方法)。它利用了非線性效應，結構也比較復雜。

上述方法均使用到了非線性晶體，其缺點在于入射光的波長受到晶體透過率的限制，檢測靈敏度與入射光的偏振狀態有關，并且必須滿足位相匹配條件。由于要利用非線性晶體，所需入射光必須足夠強。除此之外，上述方法還存在這樣的問題：結構復雜、插入組件多、難以用于測量50飛秒以下的脈沖。

本發明的目的針對上述在先技術測量方法中所存在的問題，提供一種利用泰伯(Talbot)效應進行超短激光脈沖脈寬測量的方法。與上述在先技術方法相比，它不需非線性效應，所采用的測量裝置結構簡單，操作簡便，所需入射脈沖能量低且分辨率較高。

本發明的激光脈沖時間寬度測量方法是利用泰伯(Talbot)效應對超短激光脈沖時間寬度進行測量。具體測量步驟為：

1．采用測量裝置是，將待測激光光源1所發射的超短激光脈沖，通過與待測激光光源同光軸置放的光柵2后，到達同光軸置放的接收面距光柵2出射光面的距離為n倍泰伯距z₀的探測器3；