專利名稱：頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光參數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種頻率分辨光學(xué)開關(guān)法(Frequen cy-Resolved-Optical-Gating，簡稱FROG)測(cè)量超短脈沖激光參數(shù)的裝置。
背景技術(shù)：
FROG是測(cè)量超短脈沖激光的有力工具，其原理是將自相關(guān)儀和光譜儀結(jié)合起來， 得到時(shí)域-頻域正交的二維譜圖，再利用計(jì)算機(jī)迭代算法還原出激光脈沖的波形、光譜、相位、脈寬、帶寬等信息。據(jù)文獻(xiàn)“Frequency-Resolved-Optical-Grating :The Measurement of Ultrashort Laser Pulses，Rick Trebino, 2000 Kluwer Academic Publishers，， 艮道， 目前國外發(fā)展了二次諧波法、三次諧波法、自衍射法、偏振法、瞬態(tài)光柵衍射法等FROG測(cè)量系統(tǒng)，其中二次諧波法比較普遍，而且形成了產(chǎn)品。國內(nèi)也開展了相關(guān)的研究，但大部分集中在二次諧波法FROG測(cè)量系統(tǒng)的研究上。二次諧波法FROG系統(tǒng)能測(cè)量可見、紅外超短脈沖，但無法測(cè)量紫外超短脈沖，因?yàn)槿狈淖贤獾缴钭贤獾谋额l晶體。同時(shí)，二次諧波法FROG系統(tǒng)多數(shù)集中在如何測(cè)量重復(fù)頻率的超短脈沖激光，對(duì)于只能單次發(fā)射的超短脈沖激光，就需要重新設(shè)計(jì)光路。

發(fā)明內(nèi)容
(一)發(fā)明目的針對(duì)二次諧波FROG系統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)的兩個(gè)缺陷一是不能測(cè)量紫外脈沖，二是不能測(cè)量單次脈沖，本發(fā)明提供一種利用瞬態(tài)光柵衍射法設(shè)計(jì)的單次紫外超短脈沖激光頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測(cè)量裝置。( 二 )技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測(cè)量裝置，包括分光板、柱透鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、非線性介質(zhì)、擋光板、光譜儀和配有FROG迭代程序的計(jì)算機(jī)。所述分光板是在一塊平板上挖出三個(gè)相同的矩形孔，三個(gè)矩形孔中心位于一個(gè)正方形的三個(gè)頂點(diǎn)上，分光板將入射激光分成平行的三束，其中兩束作為開關(guān)光、一束作為探測(cè)光；所述柱透鏡將分出的三束光聚焦，焦線在非線性介質(zhì)上；所述第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡位于柱透鏡和非線性介質(zhì)中間，第二反射鏡和第三反射鏡緊湊放置，鏡面法線有7 8度夾角，第一反射鏡位于第二反射鏡和第三反射鏡上方；所述非線性介質(zhì)采用透紫外光的介質(zhì)薄片；所述擋光板擋住從非線性介質(zhì)出射的剩余開關(guān)光與探測(cè)光，僅讓信號(hào)光通過；所述光譜儀接收信號(hào)光，形成FROG圖譜；所述配有FROG迭代程序的計(jì)算機(jī)將FROG圖譜進(jìn)行迭代計(jì)算，還原出單次紫外超
3短脈沖的波形、脈寬、光譜、帶寬、相位等信息。(三)發(fā)明效果在上述技術(shù)方案中，當(dāng)兩束開關(guān)光在非線性介質(zhì)上時(shí)間和空間都重合時(shí)，就相互干涉形成折射率瞬態(tài)光柵，光柵刻線就是兩束光的干涉條紋，它們垂直焦線分布。該瞬態(tài)光柵沿著焦線對(duì)探測(cè)光脈沖的前沿、中心、后沿同時(shí)進(jìn)行衍射，這樣，只需要脈沖的單次發(fā)射， 脈沖的時(shí)間延遲信息就一一映射到衍射光的空間光束截面上，從而解決了二次諧波法FROG 系統(tǒng)不能解決的單次測(cè)量問題。另外，由于信號(hào)光的產(chǎn)生為瞬態(tài)光柵衍射過程，因此信號(hào)光的波長與待測(cè)脈沖波長一致，也就是說，該測(cè)量方法與波長無關(guān)，不僅可以實(shí)現(xiàn)紫外波段脈沖的測(cè)量，還可以用于其他波段脈沖的測(cè)量，從而解決了二次諧波法FROG系統(tǒng)不能在紫外波段測(cè)量的問題。還有，由于沒有使用昂貴的倍頻晶體，所以建設(shè)裝置的成本可略有降低。


圖1是頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測(cè)量裝置原理圖。其中，1為待測(cè)激光脈沖；2為分光板；kl、k2、k3為分光板2分出的三束光；3為柱透鏡；4-1、4-2、4-3分別為第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡；5為非線性介質(zhì)；6為擋光板；ks為衍射光；7為光譜儀；8為帶有 FROG迭代程序的計(jì)算機(jī)。圖2是分光板結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是擋光板結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為非線性介質(zhì)內(nèi)部的衍射過程立體圖。其中kl、k2、k3是分光板2分出來的三束光，G為光束k2和k3在非線性介質(zhì)5內(nèi)部形成的瞬態(tài)光柵，光束kl被瞬態(tài)光柵G衍射，衍射光束為ks。圖5是本實(shí)施例測(cè)量到的主放FROG圖像。圖6是本實(shí)施例主放脈沖波形及其相位分布。圖7是本實(shí)施例主放輸出脈沖的光譜及其波形分布。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明所提供的技術(shù)方案作進(jìn)一步闡述。如圖1、圖2和圖3所示，一種單次紫外超短脈沖激光頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測(cè)量裝置，包括分光板2、柱透鏡3、第一反射鏡4-1、第二反射鏡4-2、第三反射鏡4-3、非線性介質(zhì) 5、擋光板6、光譜儀7和計(jì)算機(jī)8。分光板2是在一塊平板上挖出三個(gè)相同的矩形孔，三個(gè)矩形孔中心位于一個(gè)正方形的三個(gè)頂點(diǎn)上，本實(shí)施例中，矩形孔尺寸為10mmX2mm，孔心間距15mm。第一反射鏡4-1、 第二反射鏡4-2、第三反射鏡4-3位于柱透鏡和非線性介質(zhì)中間，第二反射鏡4-2和第三反射鏡4-3鏡緊湊放置，鏡面法線有7 8度夾角，本實(shí)施例設(shè)計(jì)為7. 5度夾角；第一反射鏡位于第二反射鏡和第三反射鏡上方。分光板2將待測(cè)激光脈沖1分為形狀相同的三束平行光kl、k2、k3，三束平行光由截面尺寸為30mmX 30mm、焦距為500mm的柱透鏡3線聚焦到非線性介質(zhì)5上。其中光束kl和k2經(jīng)過第一反射鏡4-1和第二反射鏡4-2反射后，入射到非線性介質(zhì)5上，光束k3經(jīng)過第一反射鏡4-1反射和第三反射鏡4-3反射后，也入射到非線性介質(zhì)5上。
非線性介質(zhì)5厚度為0. 7 0. 8mm，材料采用熔石英。如圖4所示，在非線性介質(zhì) 5內(nèi)部，光束k2和光束k3交叉重合，當(dāng)時(shí)間同步時(shí)，形成折射率瞬態(tài)光柵G，光束kl被瞬態(tài)光柵G衍射，形成衍射光束ks，從非線性介質(zhì)5出射的四束光kl、k2、k3和ks光束截面中心形成一個(gè)正方形，其中kl、k2、k3被擋光板6擋住，只讓衍射光ks通過，衍射光ks與水平面平行，被引進(jìn)光譜儀7中進(jìn)行頻率分辨，形成FROG圖譜，最后由計(jì)算機(jī)8顯示并迭代還原。在本實(shí)施例中，測(cè)量裝置的時(shí)間分辨率為37. 2fs，光譜分辨率為0. 038nm,時(shí)間量程為8. 9ps，光譜量程為9. 7nm。利用該裝置測(cè)量“天光一號(hào)”電子束泵浦KrF準(zhǔn)分子激光主放大器輸出的波長為248nm的單次紫外超短脈沖激光，得到了 FROG圖譜，并用計(jì)算機(jī)迭代程序還原出了單次脈沖的波形、光譜、相位、脈寬和帶寬信息。FROG圖譜如圖5所示，還原出的脈沖波形結(jié)構(gòu)和時(shí)間相位如圖6所示，從圖6可以讀出脈沖具有次脈沖結(jié)構(gòu)，時(shí)間全寬約為4ps，時(shí)間相位呈開口向下的拋物線結(jié)構(gòu)，說明脈沖具有正啁啾。還原出的脈沖光譜結(jié)構(gòu)和光譜相位如圖7所示，從圖7可以讀出光譜具有結(jié)構(gòu)，光譜全寬約為2. 5nm，光譜相位呈開口向上的拋物線結(jié)構(gòu)，同樣說明脈沖具有正啁啾。顯然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，假若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求其等同技術(shù)的范圍內(nèi)， 則本發(fā)明也意圖包含這些修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測(cè)量裝置，包括分光板O)、柱透鏡(3)、第一反射鏡 (4-1)、第二反射鏡(4- 、第三反射鏡(4- 、非線性介質(zhì)( 、擋光板(6)、光譜儀(7)和計(jì)算機(jī)⑶；所述分光板( 是在一塊平板上挖出三個(gè)相同的矩形孔，三個(gè)矩形孔中心位于一個(gè)正方形的三個(gè)頂點(diǎn)上，分光板( 將入射激光分成平行的三束，其中兩束作為開關(guān)光、一束作為探測(cè)光；所述柱透鏡C3)將分出的三束光聚焦，焦線在非線性介質(zhì)( 上； 所述第一反射鏡G-1)、第二反射鏡G-2)、第三反射鏡(4-3)位于柱透鏡(3)和非線性介質(zhì)(5)中間，第二反射鏡G-2)、第三反射鏡(4-3)的鏡面法線有7 8度夾角，第一反射鏡位于第二反射鏡G-2)、第三反射鏡(4-3)上方； 所述非線性介質(zhì)( 采用透紫外光的介質(zhì)薄片；所述擋光板(6)擋住從非線性介質(zhì)(5)出射的剩余開關(guān)光與探測(cè)光，僅讓信號(hào)光通過；所述光譜儀(7)接收信號(hào)光，形成FROG圖譜；所述配有FROG迭代程序的計(jì)算機(jī)(8)將FROG圖譜進(jìn)行迭代計(jì)算，還原出單次紫外超短脈沖的波形、脈寬、光譜、帶寬、相位等信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測(cè)量裝置，其特征在于所述的第二反射鏡G-2)、第三反射鏡G-3)的鏡面法線夾角為7. 5度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測(cè)量裝置，其特征在于所述的非線性介質(zhì)(5)的厚度為0. 7 0. 8mm，材料為熔石英。
全文摘要
本發(fā)明屬于激光參數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，它公開了一種頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測(cè)量裝置，該裝置包括分光板、柱透鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、非線性介質(zhì)、擋光板、光譜儀和配有FROG迭代程序的計(jì)算機(jī)。其中非線性介質(zhì)采用透紫外光的介質(zhì)薄片。該裝置可適用于單次紫外超短脈沖激光頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測(cè)量。
文檔編號(hào)G01J9/00GK102169021SQ20101062050
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者席曉峰, 張海峰, 張?bào)K, 徐永生, 湯秀章 申請(qǐng)人:中國原子能科學(xué)研究院