[發明專利]單發次超短激光脈沖寬度測量裝置及測量方法

在審

• 申請號: 201711308748.8
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN107884079A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 劉祥明;彭曉世;理玉龍;徐濤;查為懿;魏惠月;梅雨;劉永剛;關贊洋;楊冬;王峰;劉慎業
• 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: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙)50216
• 代理人: 蔡冬彥

技術領域

本發明屬于超短脈沖測量技術領域，具體涉及一種單發次超短激光脈沖寬度測量裝置及測量方法。

背景技術

目前，測量激光脈沖寬度的方法多種多樣。但是，現有光電器件的響應時間最快在ps量級，因此，這些光電器件不能直接用于測量飛秒激光的脈沖寬度。當前只能利用飛秒激光自身進行飛秒激光脈沖寬度的測量，常用的方法主要有三種：自相關法、頻率分辨光學快門(FROG)和自參考光譜位相相干電場重建法(SPIDER)。其中，相關法能夠用于脈沖寬度的測量，但是相關信號并不能給出脈沖的波形，需要提前假設脈沖波形，故相關法能夠給出脈沖的啁啾情況，但是不能提供脈沖的位相信息。而頻率分辨光學快門和自參考光譜位相相干電場重建法既能給出脈沖光譜的位相信息，又能測量脈沖時域波形，但是這兩種方法相對相關法來說復雜得多，實施難度大。

并且，上述三種方法都只能測量重復的超短激光脈沖，無法對單個超短激光脈沖的寬度進行測量。而在激光慣性約束聚變研究中，激光器每次運行只輸出單個超短激光脈沖。單個超短激光脈沖的脈寬直接決定著激光的強度，因此，實驗中需要對輸出的超短激光脈沖的寬度進行測量。

研究表明由熱效應引起的光學非線性響應時間在納秒量級，分子的重新取向和重新分布的光學非線性響應時間在皮秒量級，而源于電子云畸變的非線性效應特征響應時間更短，可以達到10fs量級甚至更短。另一方面，具有波前傾斜的光進入自相關儀進行測量時，兩個脈沖光之間的延時依賴于光束截面的空間位置。因此，利用基于電子云畸變的克爾非線性效應和采用波前傾斜的方式，有望實現測量單個超短激光脈沖的寬度。為此，我們設計了一種單發次超短激光脈沖寬度測量裝置及測量方法。

發明內容

為解決以上技術問題，本發明提供一種單發次超短激光脈沖寬度測量裝置及測量方法，能夠實現單發次超短激光脈沖寬度的測量。

為實現上述目的，本發明技術方案如下：

一種單發次超短激光脈沖寬度測量裝置，其要點在于：包括分束鏡、CCD、第一光路、第二光路、克爾效應模塊和成像模塊；待測量的一束超短激光脈沖由所述分束鏡透射形成一束泵浦光、反射形成一束探測光，所述泵浦光和探測光各自經第一光路和第二光路先后進入克爾效應模塊，從克爾效應模塊出射的部分探測光經成像模塊成像到CCD上，其中，從第一光路出射的所述泵浦光與從第二光路出射的探測光的傳播方向之間的夾角大于0°且小于90°。

采用以上結構，分束鏡將一束超短激光脈沖分為一束泵浦光和一束探測光，探測光經第一光路延遲后晚于泵浦光進入克爾效應模塊，發生克爾效應，使部分探測光通過克爾效應模塊，經成像模塊成像到CCD上，形成了基于克爾效應的單發次超短激光脈沖測量裝置，記錄背景圖像和信號圖像，以處理得到單發次超短激光脈沖的寬度。

作為優選：所述克爾效應模塊包括克爾介質、第一偏振片、第二偏振片和第三偏振片，其中，所述第一偏振片和第二偏振片的偏振方向夾角大于0°且小于90°，所述第二偏振片和第三偏振片的偏振方向垂直；所述第一偏振片和第二偏振片均位于克爾介質的前方，且三者之間的連線為三角形，所述第三偏振片位于克爾介質的后方，并與第二偏振片和克爾介質同軸設置；從第一光路出射的所述泵浦光經第一偏振片射向克爾介質，從第二光路出射的所述探測光依次經第二偏振片、克爾介質和第三偏振片后射向成像模塊。采用以上結構，沒有泵浦光時，探測光會被消光，而無法到達CCD；有泵浦光時，由于克爾介質的各項異性，當探測光經過克爾介質時，其偏振特性會發生變化，從而會有信號通過第三偏振片。

作為優選：所述第一偏振片和克爾介質之間設置有狹縫。采用以上結構，狹縫用于確定泵浦光的尺寸。

作為優選：所述克爾介質和第三偏振片之間設置有光闌。采用以上結構，光闌用于阻擋泵浦光和額外的探測光。

作為優選：所述第一光路由至少一個反射鏡組成，所述第二光路均由至少兩個反射鏡以及設置在其中兩個相鄰反射鏡之間的延遲組件，所述泵浦光在第一光路中的傳遞時間小于探測光在第二光路中的傳遞時間。采用以上結構，第一光路和第二光路的結構簡單可靠，易于調節，并具體實現了使探測光到達克爾介質的時間晚于泵浦光到達克爾介質的時間。

作為優選：所述延遲組件包括平移臺以及至少兩個設置在該平移臺上的反射鏡，其中，相鄰反射鏡的鏡面相互垂直。采用以上結構，操作簡單，有效提高了實驗效率，且成本相對低廉。

作為優選：在所述第二光路的出射端設置有準直擴束組件，該準直擴束組件由至少一個準直鏡片和至少一個擴束鏡片組成。采用以上結構，用于對探測光進行擴束和準直。