[發明專利]一種掃描頻域干涉儀

在審

• 申請號: 201410619078.1
• 申請日: 2014-11-07
• 公開（公告）號: CN104345168A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 谷渝秋;范偉;吳玉遲;朱斌;董克攻;稅敏;韓丹
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01P3/36
• 分類號: G01P3/36;G01N3/06
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明

技術領域

本發明屬于超快光學測試技術，具體涉及一種掃描頻域干涉儀。

背景技術

研究強沖擊波作用下的材料動力學性能，是材料物理領域的熱點問題之一。通過測量被沖擊材料中的沖擊波速度和粒子速度，有助于推導材料的應力-應變狀態和檢驗物質性態的理論模型（激光干涉測速技術，國防工業出版社，胡紹樓）。其中，粒子速度的測量通常采用自由面速度法，常用的診斷設備有任意反射面的速度干涉儀（VISAR）、超快顯微干涉儀、頻域干涉儀（FDI）和啁啾脈沖頻域干涉儀（CPSI）等測試系統。

VISAR一般應用在長脈沖激光驅動沖擊波的測量實驗中，其診斷物理量的時間尺度在ns量級，但時間分辨能力通常在數十ps的水平上（Line-imaging?velocimeter?for?shock?diagnostics?at?the?OMEGA?laser?facility,?Rev.?Sci.?Instrum.,?P.?M.?Celliers,?D.?K.?Bradley,?G.?W.?Collins,?D.?G.?Hicks,?T.?R.?Boehly?and?W.?J.?Armstrong），如果物理量在某些特定位置的變化較快，測試結果將不能反映變化的細節。相對而言，超快顯微干涉儀和FDI屬于超快測量技術，能反映fs時間尺度的物理量變化，是測量飛秒激光驅動沖擊波的常見方法，不過，兩者都屬于離散式點測試技術，在測量一定時間范圍內的物理量變化時，需要進行大量的實驗發次，因此對實驗條件的重復性要求較高（Single-shot?measurement?of?temporal?phase?shifts?by?frequency-domain?holography,?Opt.?Lett.,?S.?P.?Le?Blanc,?E.?W.?Gaul,?N.?H.?Matlis,?A.?Rundquist,?and?M.?C.?Downer）。

CPSI是指首先將一束寬帶脈沖展寬為線性啁啾脈沖，然后通過不等臂邁克爾遜干涉儀或馬赫-曾德干涉儀產生具有一定延遲時間差的兩束脈沖，最后它們（至少一束傳播加載上被測信號）以共軸傳輸的方式進入光譜儀,在記錄系統中形成頻譜干涉條紋，通過對條紋解譜可得隨時間變化的被測信號。CPSI是在FDI基礎上發展出的一種單發實驗測量技術，它利用線性啁啾脈沖的啁啾特性，實現了高時間分辨和連續測試的有機結合（Single-shot?chirped-pulse?spectral?interferometry?used?to?measure?the?femtosecond?ionization?dynamics?of?air，?Opt.?Lett.,?C.?Y.?Chien,?B.?La?Fontaine,?A.?Desparois,?Z.?Jiang,?T.?W.?Johnston,?J.?C.?Kieffer,?H.?P′epin,?and?F.?Vidal），從而可以對快速變化的物理量（如激光驅動沖擊波上升沿）實施有效測量。遺憾的是，CPSI的單發測量時間尺度和時間分辨能力之間是一種相互制約的關系，當單發測量的時間尺度增加時，相應的時間分辨能力將出現下降，這對于持續時間長、特征位置變化快的物理量測試，仍需多發實驗才能完成。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種掃描頻域干涉儀，應用于持續時間長、特征位置變化快的物理量測試。本發明的掃描頻域干涉儀，同時具有大量程和高時間分辨的測試特點，對物理量變化歷史的測量均在單發實驗內完成，避免了實驗條件變化對測試結果產生的影響。

為達到上述目的，本發明提供了如下技術方案：

本發明的掃描頻域干涉儀，包括：

寬帶脈沖、脈沖展寬器、部分反射鏡、分束片、被測樣品、平面反射鏡、光譜儀和條紋相機。

光束的傳輸過程是，一束寬帶脈沖首先通過脈沖展寬器，然后依次垂直入射到兩塊部分反射鏡上，其中，部分反射鏡Ⅰ的反射光沿原路返回，透射光則垂直入射到部分反射鏡Ⅱ上，部分反射鏡Ⅱ的反射光在兩塊部分反射鏡構成的振蕩腔內振蕩傳輸，透射光則在傳播通過分束片時分為透射脈沖和反射脈沖，透射和反射脈沖分別垂直入射到平面反射鏡上和被測樣品表面，被垂直反射后，兩束脈沖第二次通過分束片時實現同軸合束，然后依次進入光譜儀和條紋相機。

上述技術方案中，所述寬帶脈沖為飛秒激光脈沖或超連續脈沖，脈沖帶寬不小于10?nm。

可選地，所述脈沖展寬器為光柵展寬器、色散玻璃或其它光學色散元件中的一種。