[發明專利]基于三倍頻調制采樣的激光脈沖特性測量裝置及測量方法

在審

• 申請號: 202210307397.3
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114659648A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 曹華保;黃沛;付玉喜;袁浩;王向林;王虎山;劉柯陽;林華;王屹山;趙衛
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00;G01J9/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 趙逸宸

本發明為解決現有激光的脈沖特性在時間域的特性測量，不同的脈沖特性需要使用不同的儀器進行測量，采用的脈沖采樣方法存在復雜的電流采集與分析系統的問題，而提出了一種基于三倍頻調制采樣的激光脈沖特性測量裝置及測量方法。該裝置包括激光器和在出射光路上設置的第一分束片；在參考光的光路上依次設有第二分束片、第一反射鏡、凹面銀鏡、用于三倍頻的介質片和CCD相機；所述參考光入射至CCD相機；在待測光的光路上設有第三分束片，將待測光分為基頻光與信號光；基頻光的光路上依次設有第二反射鏡和用于合束的尖劈對；信號光的光路上設有延遲線；所述基頻光與信號光經尖劈對合束后入射至凹面銀鏡，反射后經介質片入射至CCD相機。

技術領域

本發明屬于激光脈沖特性測量領域，涉及一種基于三倍頻調制采樣的激光脈沖特性測量裝置及測量方法。

背景技術

隨著激光技術的發展，飛秒激光目前已經廣泛應用于生物醫學、超精密加工、信息科學等領域，作為更精確、更準、更快的工具，為上述領域提供了全新的技術手段，解決了一些固有難題，成為學科交叉融合的重要方向。目前，超快飛秒激光器已經十分成熟，波長可涵蓋從紫外到中紅外波段，但如何對不同波段的飛秒激光脈沖進行全方位的診斷，仍是一個十分具有挑戰且重要的研究內容。

激光的脈沖特性在時間域通常包括波長、脈寬、相位等信息，在空間域通常包含光斑質量、發散角等，此外還有能量、重復頻率等信息。不同的脈沖特性需要使用不同的儀器進行測量，其中時間域的特性測量尤為復雜，對于超快激光脈沖，國際上通常使用頻率分辨光學開關法、色散掃描法、阿秒條紋相機、pHz光學示波器以及最近發展的基于空氣隧穿電流微擾的脈沖采樣方法，其中前兩種方法基于復雜的重建算法，且其重建難度隨著待測脈沖譜寬的增加而增長；其余方法使用相對待測脈沖更短的門信號對待測脈沖進行直接采樣，其算法簡單，可靠性高，但是往往需要復雜的真空系統、電子能譜測量系統和光電流采集分析系統，這為其廣泛應用造成了困難。

發明內容

本發明的目的是解決現有激光脈沖時域測量方法中的測量系統或重建算法過于復雜的問題，而提出了一種基于三倍頻調制采樣的激光脈沖特性測量裝置及測量方法，具有算法簡明可靠、測量系統結構簡單易操作的優勢。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于三倍頻調制采樣的激光脈沖特性測量裝置，其特殊之處在于：包括激光器和在激光器的出射光路上設置的第一分束片，第一分束片將出射激光分為兩路，分別為參考光和待測光；

在參考光的光路上依次設有用于調節參考光光強的第二分束片、用于折轉光路的第一反射鏡、凹面銀鏡、用于三倍頻的介質片和CCD相機；所述參考光依次通過第二分束片、第一反射鏡、凹面銀鏡及介質片后形成第一三倍頻光，入射至CCD相機；

在待測光的光路上設有第三分束片，將待測光分為反射的基頻光與透射的信號光；基頻光的光路上依次設有第二反射鏡和用于合束的尖劈對；信號光的光路上設有用于調節信號光光程的延遲線，經過延遲線的信號光入射至尖劈對；

所述基頻光與信號光經尖劈對合束后入射至凹面銀鏡，反射后入射至介質片，形成第二三倍頻光，入射至CCD相機。

進一步地，還包括設置在介質片和CCD相機之間的濾波片，用于去除基頻光與信號光，保留三倍頻光。

進一步地，所述延遲線安裝在光學平臺上的壓電陶瓷上，延遲線包括垂直設置的第三反射鏡和第四反射鏡。

進一步地，所述第一分束片、第二分束片和第三分束片的分光比均為1:1。

進一步地，所述第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡和第四反射鏡均為高反鏡，反射率大于99％。

進一步地，所述介質片為30μm厚的片狀，其材料為熔石英；

所述凹面銀鏡的焦距為100mm；

所述CCD相機為硅基的可見光相機。