[發明專利]基于時間分辨的亞周期泵浦探測系統

在審

• 申請號: 202110255415.3
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113075131A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 劉哲;冷雨欣;黎文開;彭宇杰;李妍妍
• 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: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/01
• 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

一種基于時間分辨的亞周期泵浦探測系統，該系統將泵浦探測技術和激光光束的后壓縮技術相結合，最終實現材料一個泵浦光學周期內的非線性光學機制測量。本發明中的系統將探測光脈沖的脈寬壓縮至泵浦光脈沖的一個周期內，然后將兩束光脈沖同時聚焦到待測樣品上，產生非線性光學信號，改變泵浦光和探測光之間的時間延遲，可實現在一個泵浦光學周期內對材料樣品中的非線性光學信號的時間測量。該發明可以廣泛地研究激光與各類固體材料相互作用間的非線性機制產生過程。

技術領域

本發明屬于非線性光學領域，具體涉及在一個光學周期內探索光與材料相互作用的非線性物理機制的系統。

背景技術

非線性光學是研究激光場與物質相互作用的一種現象。主要的表現為當激光場強度足夠強時，強激光場能夠改變材料系統的光學性質，同時產生一系列非線性光學現象，這些非線性光學現象與強激光場的強度并不是一個線性的關系。

泵浦探測技術是研究強激光場與物質相互作用間的非線性效應常用技術之一，其主要原理為兩束脈沖激光脈沖同時入射到樣品上產生發非線性效應信號，兩束激光脈沖分別為泵浦光和探測光，且泵浦光一般比探測光強，控制兩束激光脈沖間的時間延遲來測量樣品在不同延遲位置處的非線性光學信號，并以此來研究激光與物質間的非線性效應。

目前激光光源的迅速發展已實現可將激光脈沖的脈寬壓縮到亞周期或單周期，由此激光與物質相互作用間的非線性光學效應也拓展到了亞周期領域，脈寬小于一個周期的激光脈沖具有較大的相干帶寬，其產生的非線性光學現象與幾個周期的激光脈沖不同，這為深入研究激光與物質在一個激光脈沖周期內的相互作用過程奠定了基礎。

發明內容

本發明的目的是為了研究一個周期內材料的非線性光學機制，提出一種基于時間分辨的亞周期泵浦探測系統。該系統中，探測光的脈沖寬度小于泵浦光的單周期脈沖寬度，這兩束光束同時入射到待測樣品上時會產生非線性光學信號，通過控制泵浦光與探測光脈沖間的時間延遲可以研究在一個泵浦光學脈沖周期內非線性光學信號的產生過程。

本發明的技術解決方案如下：

一種基于時間分辨的亞周期泵浦探測系統，其特點在于該系統包括：第一反射鏡、延時器、第二反射鏡、第三反射鏡、光譜展寬裝置、啁啾色散補償裝置、光開關、第四反射鏡、拋物面鏡、第五反射鏡和光譜儀；

所述的泵浦光經第一反射鏡反射后入射到延遲器上，經所述的延時器入射到第二反射鏡上，經第二反射鏡將泵浦光反射到第三反射鏡上，該泵浦光經第三反射鏡后入射到拋物面鏡上。

所述的探測光直接入射到所述的光譜展寬裝置中，經所述的光譜展寬裝置后入射到所述的啁啾色散補償裝置中，經所述的啁啾色散補償裝置后將探測光入射到光開關上，然后該探測光經第四反射鏡后入射到拋物面鏡上。

入射到所述拋物面鏡的泵浦光和探測光經所述的拋物面鏡后聚焦到待測樣品上，該待測樣品會輻射出與泵浦光和探測光有關的非線性信號光，該非線性信號光經第五反射鏡反射到光譜儀上。

通過改變延時器的位置，可以控制泵浦光與探測光入射到樣品上的延遲時間間隔，從而可以在光譜儀上記錄非線性信號光在一個泵浦光周期內的變化趨勢。

所述的泵浦光為載波包絡相位穩定的脈沖激光。

所述的泵浦光波長大于所述的探測光波長。

所述的基于時間分辨的亞周期泵浦探測系統，其特征在于，所述的系統延時掃描精度明顯小于泵浦光的一個光周期。

所述的壓縮系統是由充滿惰性氣體的空心光纖系統組成，入射光脈沖經壓縮系統進行光譜展寬后，再經過啁啾補償系統進行色散補償，從而完成激光脈沖的脈寬壓縮。

所述的探測光經光譜展寬裝置和啁啾色散補償裝置后，探測光的光束脈寬小于泵浦光的單周期脈寬。