[實用新型]皮秒脈沖對比度單次測量儀

無效

• 申請號: 200820151905.9
• 申請日: 2008-08-13
• 公開（公告）號: CN201237532Y
• 公開（公告）日: 2009-05-13
• 發明（設計）人: 歐陽小平;李小燕;朱健強
• 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;G02F1/35;G02B17/06
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本實用新型涉及激光參數診斷，特別是一種皮秒脈沖對比度單次測量裝置。

背景技術

高功率的激光脈沖被廣泛應用在激光等離子體相互作用、X射線激光、多光子電離、高次諧波產生等強場物理研究中。利用超短超強激光脈沖打靶時，主脈沖之前的噪聲信號如果超過一定強度，就會破壞靶面并產生等離子體，產生復雜的不利影響。因此，需要監測激光脈沖之前的噪聲信號強度。

為了獲得超短超強的拍瓦激光，采用了光學參量啁啾脈沖放大(OPCPA)技術。該技術是將欲放大的一束低能量飛秒寬帶種子信號光脈沖，通過正啁啾色散的方法在時域上展寬，展寬后的脈沖在時域上表現為啁啾脈沖。然后用一束高能量納秒級窄帶泵浦光與展寬后的啁啾種子光在非線性晶體中進行參量耦合，使種子光脈沖放大。放大之后的種子光脈沖再通過負啁啾色散的方法被壓縮成飛秒脈沖輸出。神光II第九路系統改造成的拍瓦激光裝置，就是采用了OPCPA技術，實現1000J、1ps的脈沖輸出。

在OPCPA中，利用光柵對實現脈沖的展寬與壓縮，分別稱之為展寬器和壓縮器。由于光柵本身的面型缺陷，以及展寬器、壓縮器之間的不完全匹配，會導致壓縮之后的脈沖形狀與種子光的脈沖形狀有所區別。在時間上表現為，主脈沖前后有一個很長的臺階(pedestral)，如圖4所示。為了監測并控制壓縮之后的皮秒脈沖的時間波形，使之滿足物理實驗的需要，需要測量主脈沖之前10ps及其以外的信號強度，保證這些時刻的激光信號強度相對于主脈沖的強度的比值小于<10^-8，即脈沖對比度<10^-8。

現有的短脈沖激光對比度單次診斷裝置的基本結構如圖1所示。待測脈沖作為基頻光，聚焦透鏡1聚焦到一個二倍頻晶體2上，產生二倍頻光。然后用準直透鏡3得到基頻和二倍頻的平行光束，柱面透鏡4將入射的矩形光束聚焦成直線，由沃拉斯頓棱鏡5將并行的基頻信號和倍頻信號在空間上分開。再通過一個菲涅耳雙棱鏡6將分開的基頻信號和倍頻信號偏轉，以實現傾斜相交。在兩信號的相交位置放置三倍頻晶體7，可以得到三倍頻光。通過成像透鏡8，并使用濾波片9過濾掉殘余的基頻光和二倍頻光，CCD10上接收到三倍頻信號，通過一定的計算，從而得出最后結果。

該技術存在的問題是：不能實現高動態范圍的對比度測量，而且時間延遲有限。其光程延遲的產生是基于分波前的原理，將基頻和二倍頻兩個寬光束傾斜相交，兩束光到達三倍頻晶體表面時，在晶體表面的不同位置，基頻光和二倍頻光之間就存在逐漸變化的光程差，從而實現不同時間延遲位置的同時測量。現有的對比度單次測量技術中，同一個晶體中同時測量多個時間延遲位置，從而不同時間延遲之間對應的光束會相互干擾。因此，其可測動態范圍只能達到10⁴數量級。另一方面，可測量的時間延遲受基頻信號與倍頻信號的光束寬度以及雙棱鏡大小的限制，只能測到±10ps以內的范圍。因此，現有單次測量系統的動態范圍和時間延遲都不能滿足應用需求。

發明內容

本實用新型所要解決的問題在于克服上述現有技術的不足，提供一種皮秒脈沖對比度單次測量裝置，提高對比度測量的動態范圍，擴展對比度測量的時間延遲，以滿足物理實驗對超短超強激光系統的對比度要求。

本實用新型的技術解決方案是：

一種皮秒脈沖對比度單次測量裝置，特點在于由分光鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡、基頻達曼光柵、基頻補償光柵組、第五反射鏡、第六反射鏡、二倍頻晶體、二倍頻達曼光柵、二倍頻補償光柵組、反射鏡組、合束鏡組、三倍頻晶體組、濾光片組和光電倍增管組構成，其位置關系如下：

入射的待測脈沖作為基頻光，經過所述的分光鏡被分為透射光束和反射光束，該透射光束通過由第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡和第四反射鏡組成的光程延遲機構，入射到基頻達曼光柵上，形成基頻多路子光束，每一路子光束都各自對應所述的基頻補償光柵組的一塊基頻補償光柵，然后射向合束鏡組的相應的合束鏡，所述的反射光束通過第五反射鏡、第六反射鏡，進入所述的二倍頻晶體，得到二倍頻光，該二倍頻光入射到二倍頻達曼光柵上，形成二倍頻多路子光束，每路二倍頻子光束都對應二倍頻補償光柵組的一塊二倍頻補償光柵，得到二倍頻多路子光束，該二倍頻多路子光束通過反射鏡組相應的反射鏡反射后進入所述的合束鏡組，與所述的基頻子光束合束后共線傳輸，一起進入三倍頻晶體組，得到三倍頻光，該多束三倍頻光通過濾光片組，被光電倍增管組探測三倍頻信號的強度，計算后就可以得到待測脈沖的對比度。