[發明專利]超強超短激光脈沖遠場脈寬的單發測量裝置和測量方法

有效

• 申請號: 201710786650.7
• 申請日: 2017-09-04
• 公開（公告）號: CN107727249B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 吳分翔;許毅;冷雨欣
• 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
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種超強超短激光脈沖遠場脈寬的單發測量裝置和測量方法，裝置包括：沿待測超強超短激光脈沖入射方向依次放置的凹面鏡、凸面鏡、柱面鏡、第一反射鏡、延遲線、第二反射鏡、二階自相關儀和示波器。待測超強超短激光脈沖首先被由凹面鏡和凸面鏡組成的縮束系統縮束，縮束后的光束再被柱面鏡在豎直方向上一維聚焦，聚焦光束分別通過第一反射鏡、延遲線、第二反射鏡，最后垂直射入二階自相關儀，然后通過調節延遲線的高精度平移臺使得聚焦光束的一維焦線正好落于二階自相關儀的倍頻晶體上，最后通過示波器獲得待測脈沖的遠場脈寬。本發明首次實現了高峰值功率激光系統輸出超強超短激光脈沖遠場脈寬的單發直接測量，具有調節方便、靈活高效和實用性強的特點。

技術領域

本發明涉及超強超短激光脈沖，特別是一種超強超短激光脈沖的遠場脈寬的單發測量裝置和測量方法。

背景技術

寬帶激光介質、鎖模技術以及啁啾脈沖放大技術的發明，大大地推動了超強超短激光脈沖的迅猛發展。鈦寶石飛秒激光脈沖放大系統已經實現了數拍瓦峰值功率的超強超短激光脈沖輸出，而十拍瓦乃至百拍瓦量級的超強超短激光脈沖也正在被全世界所追逐。目前世界范圍內超強超短激光領域正處于取得重大突破與開拓應用的關鍵階段，國際上也正在大力發展超強激光光源以及依托其的前沿科技創新平臺。強激光技術及其應用研究已進入到生命科學、臨床醫學及納米尺度成像研究新材料結構等領域并起到了不可替代的強大推動作用。

強激光與物質相互作用是一個強場作用過程，脈沖遠場聚焦強度直接決定激光與物質相互作用效果。決定脈沖聚焦強度的因素包括：脈沖能量、脈沖寬度、焦斑尺寸。為了實現高能量輸出，同時為了避免非線性效應以及光學損傷等影響，高峰值功率激光系統必然伴隨著脈沖時域展寬-壓縮、以及光束尺寸的擴束。目前大多數高峰值功率激光系統都采用光柵式的展寬壓縮系統，以及利用透射式擴束系統來對激光脈沖進行擴束。然而此類光學元件都具有色差，當脈沖(尤其是超短脈沖)經過它們時，不同頻率成分的脈沖將會產生不同的群速度，從而使脈沖前沿發生畸變。脈沖前沿畸變會使脈沖不同位置處脈沖寬度不一樣，且在聚焦后不同位置處脈沖前沿到達焦點的時間不同。在這種情況下，脈沖聚焦后的有效脈寬也就是遠場脈寬相對于近場局部脈沖寬度將大大展寬。

目前脈沖聚焦強度的計算都是基于近場局部脈沖寬度為依托，但其并不能直接對等于遠場脈寬。近場局部脈沖寬度的測量普遍是在輸出大口徑光斑中取很小部分脈沖，利用自相關原理進行測量。然而此方法并不能把脈沖前沿畸變對脈寬的影響體現在測量結果上。尤其是當超強超短激光脈沖存在脈沖前沿畸變的時候，實際遠場脈寬往往遠大于近場局部脈沖寬度。更為重要的是，現在并沒有一種公認的超強超短激光脈沖遠場脈寬的測量標準。另外，對于超高峰值功率激光系統的低重復頻率，單發測量顯得尤為重要。因此，提出一種簡單、準確的超強超短激光脈沖遠場脈寬的單發測量裝置及測量方法，具有重要意義。能夠更為準確地判斷出超強超短激光脈沖可獲得的實際聚焦強度，從而為強激光與物質相互作用研究提供更好的指導。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠用于超強超短激光脈沖遠場脈寬的單發測量裝置和測量方法，為可獲得的實際遠場脈沖強度提供依據，從而能夠更好地指導激光與物質相互作用的研究。該裝置和測量方法首次提出并實現了超強超短激光脈沖遠場脈寬的單發直接測量，突破了原來遠場脈寬等于近場局部脈沖寬度的近似。該裝置和測量方法具有操作簡單、科學有效和實用性強的特點。

本發明為解決上述問題所采用的技術方案如下：

一種超強超短激光脈沖遠場脈寬的單發測量裝置，其特點在于該裝置包括：沿待測超強超短激光脈沖入射方向依次放置的凹面鏡、凸面鏡、柱面鏡、第一反射鏡、延遲線、第二反射鏡、二階自相關儀和示波器，所述的凹面鏡和凸面鏡組成反射式縮束系統，所述的柱面鏡是在豎直方向上形成一維聚焦的凹圓柱面的長焦距的柱面鏡，所述的延遲線置于一高精度平移臺上，所述的待測超強超短激光脈沖首先由所述的反射式縮束系統縮束，再經所述的柱面鏡在豎直方向上形成一維聚焦光束，該聚焦光束依次通過所述的第一反射鏡、延遲線、第二反射鏡，最后垂直射入所述的二階自相關儀，所述的二階自相關儀的輸出端與所述的示波器的輸入端相連。