[發明專利]頻率分辨光學開關法測量裝置

有效

• 申請號: 201010620501.1
• 申請日: 2010-12-23
• 公開（公告）號: CN102169021A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 徐永生;張驥;湯秀章;張海峰;席曉峰
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00;G01J3/28;G01J9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于激光參數測量技術領域，具體涉及一種頻率分辨光學開關法(Frequency-Resolved-Optical-Gating，簡稱FROG)測量超短脈沖激光參數的裝置。

背景技術

FROG是測量超短脈沖激光的有力工具，其原理是將自相關儀和光譜儀結合起來，得到時域-頻域正交的二維譜圖，再利用計算機迭代算法還原出激光脈沖的波形、光譜、相位、脈寬、帶寬等信息。據文獻“Frequency-Resolved-Optical-Grating：The?Measurement?of?Ultrashort?Laser?Pulses，Rick?Trebino，2000?Kluwer?Academic?Publishers”報道，目前國外發展了二次諧波法、三次諧波法、自衍射法、偏振法、瞬態光柵衍射法等FROG測量系統，其中二次諧波法比較普遍，而且形成了產品。國內也開展了相關的研究，但大部分集中在二次諧波法FROG測量系統的研究上。

二次諧波法FROG系統能測量可見、紅外超短脈沖，但無法測量紫外超短脈沖，因為缺乏從紫外到深紫外的倍頻晶體。同時，二次諧波法FROG系統多數集中在如何測量重復頻率的超短脈沖激光，對于只能單次發射的超短脈沖激光，就需要重新設計光路。

發明內容

(一)發明目的

針對二次諧波FROG系統現有技術的兩個缺陷：一是不能測量紫外脈沖，二是不能測量單次脈沖，本發明提供一種利用瞬態光柵衍射法設計的單次紫外超短脈沖激光頻率分辨光學開關法測量裝置。

(二)技術方案

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種頻率分辨光學開關法測量裝置，包括分光板、柱透鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、非線性介質、擋光板、光譜儀和配有FROG迭代程序的計算機。

所述分光板是在一塊平板上挖出三個相同的矩形孔，三個矩形孔中心位于一個正方形的三個頂點上，分光板將入射激光分成平行的三束，其中兩束作為開關光、一束作為探測光；

所述柱透鏡將分出的三束光聚焦，焦線在非線性介質上；

所述第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡位于柱透鏡和非線性介質中間，第二反射鏡和第三反射鏡緊湊放置，鏡面法線有7～8度夾角，第一反射鏡位于第二反射鏡和第三反射鏡上方；

所述非線性介質采用透紫外光的介質薄片；

所述擋光板擋住從非線性介質出射的剩余開關光與探測光，僅讓信號光通過；

所述光譜儀接收信號光，形成FROG圖譜；

所述配有FROG迭代程序的計算機將FROG圖譜進行迭代計算，還原出單次紫外超短脈沖的波形、脈寬、光譜、帶寬、相位等信息。

(三)發明效果

在上述技術方案中，當兩束開關光在非線性介質上時間和空間都重合時，就相互干涉形成折射率瞬態光柵，光柵刻線就是兩束光的干涉條紋，它們垂直焦線分布。該瞬態光柵沿著焦線對探測光脈沖的前沿、中心、后沿同時進行衍射，這樣，只需要脈沖的單次發射，脈沖的時間延遲信息就一一映射到衍射光的空間光束截面上，從而解決了二次諧波法FROG系統不能解決的單次測量問題。另外，由于信號光的產生為瞬態光柵衍射過程，因此信號光的波長與待測脈沖波長一致，也就是說，該測量方法與波長無關，不僅可以實現紫外波段脈沖的測量，還可以用于其他波段脈沖的測量，從而解決了二次諧波法FROG系統不能在紫外波段測量的問題。還有，由于沒有使用昂貴的倍頻晶體，所以建設裝置的成本可略有降低。

附圖說明

圖1是頻率分辨光學開關法測量裝置原理圖。其中，1為待測激光脈沖；2為分光板；k1、k2、k3為分光板2分出的三束光；3為柱透鏡；4-1、4-2、4-3分別為第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡；5為非線性介質；6為擋光板；ks為衍射光；7為光譜儀；8為帶有FROG迭代程序的計算機。

圖2是分光板結構示意圖。

圖3是擋光板結構示意圖。

圖4為非線性介質內部的衍射過程立體圖。其中：k1、k2、k3是分光板2分出來的三束光，G為光束k2和k3在非線性介質5內部形成的瞬態光柵，光束k1被瞬態光柵G衍射，衍射光束為ks。

圖5是本實施例測量到的主放FROG圖像。

圖6是本實施例主放脈沖波形及其相位分布。

圖7是本實施例主放輸出脈沖的光譜及其波形分布。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明所提供的技術方案作進一步闡述。