[發明專利]針對大啁啾超短激光脈沖的頻率分辨光學開關法測量儀

有效

• 申請號: 202010076530.X
• 申請日: 2020-01-23
• 公開（公告）號: CN111238665B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 劉博文;余晨鳴;葛愛晨;畢根毓;柴路;胡明列
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種針對大啁啾超短激光脈沖的頻率分辨光學開關法測量儀，包括預壓縮器、頻率分辨光開關裝置和電控系統；預壓縮器包括光柵對、第一直角反射器和平面反射鏡，光柵位置調節裝置與一位移傳感器相連改變并讀取光柵對的位置；頻率分辨光開關裝置包括分束器、第二直角反射器、第三直角反射鏡、延遲線控制電機、聚焦透鏡、二次倍頻晶體、小孔光闌和光譜儀；第三直角反射器與延遲線控制電機組成了電控延遲線；電控系統包括掃描控制器和計算機；掃描控制器控制延遲線掃描和光譜采集；完成采集后，將信號傳遞給計算機，計算機利用迭代算法對脈沖的時域電場進行還原，得到脈沖電場測量結果。本發明減小了計算機處理延遲，提高了掃描速度。

技術領域

本發明涉及一種激光脈沖測量系統，尤其涉及一種超短激光脈沖測量系統。

背景技術

帶有啁啾的激光脈沖是超短激光脈沖的一種常見形態。在飛秒激光放大系統(例如啁啾脈沖放大器、非線性脈沖放大器、自相似脈沖放大器等)中激光脈沖都是以帶有正啁啾的形式存在的。因此，對帶有正啁啾脈沖的電場進行測量，對超短脈沖激光系統的設計、安裝、調試都有重要的價值。

頻率分辨光學開關技術(Frequency-resolved optical gating，FROG)于1993年由Trebino等人提出，是目前通用的超短脈沖電場測量技術之一。其基本原理是將輸入脈沖分成兩路后，對其中一路脈沖施加一定的延遲，之后兩路脈沖經過一定的非線性相互作用過程，并由光譜儀探測產生的非線性相互作用產生的信號。通過改變延遲，獲得不同延遲下的信號光譜，最后利用計算機還原脈沖的時域電場信息。根據所采用非線性過程的不同，FROG裝置有多種形式。其中最常用的SHG-FROG裝置利用二次倍頻晶體所產生的兩路脈沖的和頻光信號作為測量信號，具有靈敏度高的顯著優勢。利用FROG技術能夠還原超短脈沖的時域電場和相位，獲取完整的脈沖形狀信息。

對于FROG來說，當脈沖的時間帶寬積較大時，就需要增加時域掃描點數擴展掃描延遲時間范圍，而且在具有寬光譜測量范圍的同時提高光譜分辨率才能夠實現測量。但是對于頻率分辨光開關測量裝置來說，光譜分辨率不可能無限提高，增加時域掃描點數也意味著需要更長的時間才能能夠完成掃描和電場還原。

而帶有較大正啁啾的脈沖正是一種具有大時間帶寬積且峰值功率低的脈沖。其時間帶寬積能夠達到一般超短脈沖的幾十倍。對于低峰值功率的脈沖，如果利用普通的頻率分辨光開關裝置進行測量，產生的信號弱，探測器難以檢測。同時，由于啁啾脈沖的時間帶寬積大，在掃描時對光譜儀的分辨率和掃描點數量要求很高，這就意味著很高的設備和時間成本。因此，直接利用普通的頻率分辨光開關裝置測量大啁啾脈沖是不經濟甚至是不可行的。

傳統方法在測量大啁啾、巨啁啾脈沖上存在顯著的困難，而對啁啾脈沖的電場測量又具有較大的實際需求。因此，亟需一種有效的方法來實現大啁啾、巨啁啾脈沖的電場測量。

發明內容

針對上述現有技術，針對現有頻率分辨光開關技術測量大啁啾脈沖時存在的對光譜儀分辨率要求高、采樣點數多，而造成的測量設備成本高、測量速度慢；以及脈沖峰值功率低、產生的相關信號弱、難以檢測甚至無法檢測的問題。本發明提出一種針對大啁啾超短激光脈沖的頻率分辨光學開關法測量儀。