[發(fā)明專利]一種基于二維材料的超寬帶超短脈沖測量裝置和測量方法

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• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111854985A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設計）人: 虞華康;王春華
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 深圳市壹品專利代理事務所(普通合伙) 44356
• 代理人: 江文鑫;唐敏

一種基于少層二維材料的可寬譜段工作的非共線型超短脈沖測量裝置和測量方法。裝置包括：待測脈沖光經(jīng)過第一分束鏡分成兩路，經(jīng)過角反射鏡和可控延時角反射后到達第二分束鏡處反射，通過第一聚焦透鏡后以相反的夾角傾斜聚焦到具有寬帶響應的少層非線性二維材料上，反射后經(jīng)相同的第一聚焦透鏡后，產(chǎn)生的自相關光學二倍頻信號光與其余的光信號具有分離的空間分布特性，僅利用小孔光闌就可分離出自相關光學二倍頻信號光。記錄不同時延下的自相關光學二倍頻信號光光譜信息，經(jīng)過FROG算法進行一定的迭代計算后，可還原出待測脈沖完整的信息。本發(fā)明能避免現(xiàn)有技術對不同的入射波長需要調節(jié)不同的入射角度的問題，可對寬波段的超快脈沖進行測量，同時也避免了現(xiàn)有技術中非線性材料厚度導致的脈沖展寬，實現(xiàn)了更精準的超短脈沖測量。

技術領域

本發(fā)明涉及激光脈沖測量技術領域，特別是涉及一種基于二維材料的超寬帶超短脈沖測量裝置和測量方法。

背景技術

由于超短脈沖極高的光強和極短的脈寬，因此被廣泛的用于科研領域以及精密加工領域。而超短脈沖技術的進步與脈沖測量技術的發(fā)展是分不開的，由于超短脈沖激光的時空分布對超短脈沖激光的應用也有重大的影響，在一些應用中我們必須精確知道脈沖激光在產(chǎn)生、傳輸和變換過程中的時空特性，才能揭示其物理機制，建立起合理的理論模型。越來越多的研究表明，分析研究脈沖激光如皮秒或飛秒脈沖的精細結構是許多研究工作的關鍵。因此研究測量的超短激光脈沖新技術，了解脈沖寬度、相位及形狀信息，是超快技術研究中十分重要的內容。

由于超短脈沖的脈沖寬度極短，普通的電子類器件反應速度相對較慢，通常無法直接測量超短脈沖的特性參數(shù)。而目前超短激光脈沖的測量主要采用頻率分辨光學開關法(FROG)。頻率分辨光學開關法是一種用于測量超短激光脈沖的通用方法，其主要思想是通過測量脈沖的“自譜圖”(即脈沖在非線性光學介質中對其自身進行開關操作，開關操作后的脈沖又將其自身反映在它形成的譜中)，通過控制兩路光脈沖的延時，產(chǎn)生的倍頻光的功率會與延時相關，因為該譜是兩脈沖間延遲時間的函數(shù)，使用二維相位恢復算法便可從脈沖的FROG記錄中提取脈沖的相關信息。

通常的脈沖測量裝置采用倍頻晶體作為非線性介質，這種方法需要對不同的入射波長調節(jié)不同的入射角度以實現(xiàn)倍頻晶體所必要的相位匹配，因此無法對寬波長的激光進行測量，并且晶體存在一定的厚度會對待測脈沖引入色散導致脈沖展寬影響測量的精準度。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是克服上述現(xiàn)有測量技術中的不足，提供一種基于二維材料的超寬帶超短脈沖測量裝置和測量方法。該裝置具有寬帶的非線性相應，無需根據(jù)入射波調節(jié)非線性光學晶體的角度，可以忽略現(xiàn)有自相關技術中非線性材料厚度導致的脈沖展寬。并且采用了空間濾波的方式，無需濾波片，可實現(xiàn)超寬帶的脈沖測量。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于二維材料的超寬帶超短脈沖測量裝置和測量方法，其特征在于，包括：第一準直光闌1、第二準直光闌2、第一分束鏡3、角反射鏡4、可控延時角反射鏡5、第二分束鏡6、第一聚焦透鏡7、非線性二維材料8、第二聚焦透鏡9、光闌10、光譜儀11、計算機12。待測光脈沖經(jīng)過第一準直光闌1和第一準直光闌2后，經(jīng)第一分束鏡3分成兩路：一路光經(jīng)角反射鏡4后、再次經(jīng)過第一分束鏡3的反射和第二分束鏡6的反射，通過第一聚焦透鏡7傾斜聚焦到非線性二維材料8上；類似地，另一路光經(jīng)過可控延時角反射鏡5后，透過過第一分束鏡3，在第二分束鏡6處反射，通過第一聚焦透鏡7以相反的角度傾斜聚焦到非線性二維材料8的相同位置上。兩路光聚焦到非線性二維材料8后，當兩路光脈沖重疊時，在豎直方向產(chǎn)生自相關倍頻信號，經(jīng)過第一聚焦透鏡7和第二聚焦透鏡9，光譜儀11收集自相關倍頻信號的光譜信息。

進一步地，測量裝置使用角反射鏡，待測脈沖激光經(jīng)過測量裝置后，兩路光以相反的角度傾斜聚焦到非線性二維材料8，自相關倍頻光信號在豎直方向上產(chǎn)生。

進一步地，光闌10起空間濾波器的作用，只通過豎直方向上的自相關倍頻光信號，阻擋反射的待測激光即基頻光和非自相關的倍頻信號。