[發(fā)明專利]空間分辨二維單次自相關(guān)儀

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310306095.5
• 申請(qǐng)日: 2013-07-19
• 公開（公告）號(hào): CN103389163A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于健偉;徐光;王韜;鄔融;李朝陽;李大為;華能;王利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01J11/00
• 分類號(hào): G01J11/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超短脈沖激光束測(cè)量，特別是一種空間分辨二維單次自相關(guān)儀，該儀器能夠同時(shí)測(cè)量亞皮秒超短脈沖激光光束傳播時(shí)間差異（propagation?time?difference,以下簡(jiǎn)稱為PTD）和脈沖時(shí)間寬度。

背景技術(shù)

20世紀(jì)60年代鎖模激光器的發(fā)展對(duì)脈沖時(shí)間寬度的測(cè)量提出了新的要求，這是因?yàn)殒i模激光器輸出的脈沖時(shí)間寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于任何光電探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間。為此，提出了自相關(guān)技術(shù)，用于自參考測(cè)量超短脈沖的時(shí)間寬度。由于鎖模激光器輸出的超短脈沖能量比較低，在實(shí)際應(yīng)用中需要對(duì)脈沖進(jìn)行放大，在放大過程中脈沖的重復(fù)頻率降低。為了測(cè)量重復(fù)頻率比較低的超短脈沖的時(shí)間寬度、并且實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)脈沖時(shí)間寬度的變化，提出了單次自相關(guān)技術(shù)。

在先技術(shù)中單次自相關(guān)儀的結(jié)構(gòu)如圖1所示：主要包括：超短脈沖激光束P₀首先通過分束鏡1分為反射光束P_r和透射光束P_t，其中反射光束P_r經(jīng)過固定反射鏡2至倍頻晶體5，透射光束(P_t)經(jīng)過固定在平移臺(tái)上的回射鏡3和反射鏡4至倍頻晶體5，由倍頻晶體5輸出的激光束再經(jīng)過柱面鏡6和濾光片7進(jìn)入探測(cè)器8。分析由探測(cè)器8測(cè)得的二次諧波空間分布，計(jì)算超短脈沖激光束的時(shí)間寬度（參見在先技術(shù)[1]F.Salin,P.Georges,G.Roger,and?A.Brun,“Single-shot?measurement?of?a52-fs?pulse,”Applied?Optics?Vol.26,Issue.21,4528～4531(1987)）。

在超短脈沖的產(chǎn)生、放大和傳輸過程中，要使用復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)對(duì)超短脈沖激光束進(jìn)行控制，將不可避免的引入時(shí)空耦合效應(yīng)。由透鏡系統(tǒng)色差產(chǎn)生的PTD是一種典型的時(shí)空耦合效應(yīng)（參見[2]Z.Bor,“Single-shot?measurement?of?a52-fs?pulse,”Journal?of?Modern?Optics?Vol.35,Issue.12,1907～1918(1988)）。具有PTD的超短脈沖激光束具有兩種脈沖時(shí)間寬度，即局部脈寬和整體脈寬。在忽略高階色散的情況下，在光束橫截面內(nèi)不同位置處局部脈寬保持不變。整體脈寬同時(shí)包括局部脈寬和PTD的貢獻(xiàn)，然而，在先技術(shù)測(cè)量超短脈沖激光束脈寬時(shí)，對(duì)PTD不敏感，難以分辨超短脈沖激光束中是否存在PTD及其大小，測(cè)得的脈寬接近于局部脈寬。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是彌補(bǔ)上述在先技術(shù)無法測(cè)量PTD的不足，提供一種空間分辨二維單次自相關(guān)儀，該儀器能夠同時(shí)測(cè)量超短脈沖激光束的PTD和局部脈寬。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種空間分辨二維單次自相關(guān)儀，特征在于其構(gòu)成包括：沿被測(cè)超短脈沖激光束方向依次的第一圓孔光闌和第二圓孔光闌、平行平晶標(biāo)準(zhǔn)具、菲涅耳雙棱鏡、倍頻晶體、濾光片、狹縫和CCD探測(cè)器，該CCD探測(cè)器的輸出端與計(jì)算機(jī)的輸入端相連，其位置關(guān)系是：所述的第一圓孔光闌、第二圓孔光闌、菲涅耳雙棱鏡、倍頻晶體、濾光片、狹縫和CCD探測(cè)器同光軸，所述的第一圓孔光闌和第二圓孔光闌具有相同的直徑，所述的平行平晶標(biāo)準(zhǔn)具位于且僅充滿自第二圓孔光闌輸出光束的第4象限，所述的菲涅爾雙棱鏡的底面為光束入射面，棱線方向沿鉛直的x方向。

所述的平行平晶標(biāo)準(zhǔn)具在測(cè)量脈沖時(shí)間寬度時(shí)在線使用，使光束橫截面的四分之一產(chǎn)生相對(duì)于其余部分固定的時(shí)間延遲。

所述的菲涅耳雙棱鏡將待測(cè)超短脈沖進(jìn)行波陣面分割，其頂角的選取與被測(cè)超短脈沖光束脈寬相關(guān)，提供相應(yīng)的量程。

本發(fā)明空間分辨二維單次自相關(guān)儀的工作過程如下：