[發明專利]帶有探針光脈沖壓縮技術的光延時同源激光泵浦探測裝置

有效

• 申請號: 201710507346.4
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107101946B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 朱成禹;楊存意;梁凌熙;解珺迪;呂志偉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/21
• 代理公司: 23109 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 高倩<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明提供一種同時兼顧延時精度與時間分辨率的帶有探針光脈沖壓縮技術的光延時同源激光泵浦探測裝置，屬于激光與物質相互作用動態物理過程的激光探測技術領域。具體為：激光器輸出的激光入射至分光鏡，分光鏡將入射的光分成兩束，一束入射至第一透鏡，另一束入射至倍頻晶體，倍頻晶體出射的光入射至第一偏振片，偏振后輸出的p態偏振光入射至脈寬壓縮系統，脈寬壓縮系統對入射的光進行脈寬壓縮后輸出s態偏振光返回至第一偏振片，再反射至全反鏡，經全反鏡反射的光輸入至第一光學延遲系統，延遲后的光入射至待測樣品表面的目標區域；經第一透鏡透射的光入射至待測樣品表面的目標區域；目標區域出射的光濾波后的光入射至第一探測器。

技術領域

本發明涉及一種激光泵浦—探測方法，特別涉及一種高延時精度，且能提供較高時間分辨能力的同源激光泵浦—探測方法，屬于激光與物質相互作用動態物理過程的激光探測技術領域。

背景技術

泵浦—探測技術在激光與物質相互作用動態物理過程(如光致物質損傷、材料改性等)的時間分辨探測研究中有著廣泛的應用。泵浦—探測技術由兩路激光脈沖分別作為泵浦光和探測光。泵浦光即為與物質產生作用的主激光，一般經透鏡后，以足夠高的功率密度聚焦在物質樣品中產生物理過程；探測光(也成為探針光)脈沖則用于對作用區域照明，通過調節探測光脈沖相對于泵浦脈沖到達物理作用區的時間延遲，可以使探測器(如CCD、光譜儀等)捕捉到物理過程不同瞬態時刻的物理量(圖像、光譜等)。通過一系列的延時設置，可得到在該物理過程中，物理量時間分辨的變化規律。

在泵浦探測技術中，延時控制精度和時間分辨能力是兩個最重要的指標。目前，普遍采用的延時控制方法主要是電延時和光延時。(1)電延時方法：泵浦光脈沖和探測光脈沖分別來源于兩臺獨立激光器，其間通過同步機進行所需延時的觸發控制。這種情況下，探測光可以采用皮秒甚至更短的脈沖，來獲得高的探測時間分辨率，但受制于電子器件(如同步機、激光器Q開關等)的響應誤差，不同的泵浦脈沖之間，泵浦和探測脈沖的延時會有抖動，這種抖動隨機出現、無法消除，限制了延時控制精度。例如，2015年發表于Applied PhysicsLetter的文章《Identification of the formation phases of filamentary damageinduced by nanosecond laser pulses in bulk fused silica》，介紹了一種用兩臺激光器輸出的激光分別作為泵浦光和探測光的泵浦—探測方法。作泵浦光源的納秒激光器和作探測光源的皮秒激光器之間用同步機協調，使兩臺激光器的輸出同步或有一定延時。雖然其探測光為皮秒脈沖，它的時間分辨率達到了皮秒量級；但由于其使用了電學延遲的方法，受制于電子器件的響應時間，它的延時會有2納秒左右的抖動，其采樣曝光延時誤差在納秒量級。(2)光延時方法：泵浦光脈沖和探測光脈沖來源于同一臺激光器，其間延遲量通過調整該兩路脈沖的光程差來決定。穩定的光路能夠使延遲量抖動很小，延時精度高，但由于研究激光和物質作用的主激光多為脈沖寬度在納秒、數十甚至數百納秒的脈沖激光，來自同一激光源具有相同脈寬的探測脈沖無法實現足夠短的有效曝光時間，與電延時方法相比，時間分辨率低。例如，1990年發表于光學學報上的文章《激光與介質薄膜作用過程的等離子體診斷》，介紹了典型的用一臺納秒激光器的輸出同時作泵浦光和探測光的泵浦—探測方法。泵浦光和探測光之間的延時通過光程差實現，延時不會有抖動，延時控制精度高，但探測光脈沖的脈寬為15ns，探測系統所獲得的數據是十幾納秒內積累得到的，時間分辨率較低。

總之，目前激光泵浦—探測系統難以同時滿足高延時精度和高時間分辨率這兩方面的要求，即具有較高延時精度的探測系統一般時間分辨率不高，時間分辨率高的探測系統延時控制精度較低。

發明內容

針對上述不足，本發明提供一種同時兼顧延時精度與時間分辨率的帶有探針光脈沖壓縮技術的光延時同源激光泵浦探測裝置。

本發明的同源激光泵浦探測裝置，所述裝置包括激光器1、分光鏡2、第一透鏡3、倍頻晶體4、第一偏振片5、脈寬壓縮系統6、全反鏡M1、第一光學延遲系統7、窄帶濾波片8和第一探測器9；