專利名稱：基于瞬態(tài)光柵效應(yīng)的飛秒激光脈沖測量的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛秒激光，特別是一種基于瞬態(tài)光柵效應(yīng)的飛秒激光脈沖測量方法和裝置，更確切地說，是一種基于透明介質(zhì)的瞬態(tài)光柵效應(yīng)的飛秒激光脈沖的自參考光譜干涉測量方法和裝置，可適用于200-3000nm光譜范圍內(nèi)，脈沖寬度在10_300fs的飛秒光學(xué)系統(tǒng)。另外，本發(fā)明不僅可以適用于重復(fù)頻率為兆赫茲的飛秒激光脈沖的測量，同時也適用于單發(fā)飛秒激光脈沖的脈沖寬度與脈沖形狀的測量。
背景技術(shù)：
隨著飛秒激光脈沖在科研、生物、醫(yī)療、加工、通信、國防等社會各個領(lǐng)域的應(yīng)用的拓展與深入。飛秒激光器與相應(yīng)飛秒激光技術(shù)的研究也迅速發(fā)展。目前，飛秒化學(xué)、飛秒非線性光學(xué)顯微成像等化學(xué)與生物材料領(lǐng)域的重點與熱點研究領(lǐng)域需要用到飛秒激光器與飛秒激光技術(shù)。阿秒激光脈沖產(chǎn)生、X射線激光、實驗室天體物理、激光電子和質(zhì)子加速等強(qiáng)場激光物理眾多重要前沿科學(xué)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用基礎(chǔ)研究也都利用飛秒強(qiáng)激光脈沖作為研究工具。對比于納秒和皮秒激光器，飛秒激光加工能夠獲得更加精細(xì)和光滑的表面形狀，所以在飛秒激光微加工領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。飛秒激光脈沖最近也被用來進(jìn)行眼科晶狀體的切割手術(shù)，大大地提高了手術(shù)的質(zhì)量與安全性。在以上這些重要基礎(chǔ)科學(xué)研究與應(yīng)用中，飛秒激光的脈沖形狀與脈沖寬度是一個重要的光學(xué)參量，對它的測量或?qū)崟r監(jiān)測在很多實驗中十分必要。因此，一種簡單方便有效的激光脈沖寬度測量與實時監(jiān)測的方法與裝置對于推動飛秒激光技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用
非常重要。飛秒激光脈沖寬度測量伴隨飛秒激光技術(shù)的發(fā)展也在不斷發(fā)展。目前最為常用的方法包括自相關(guān)法[參見文獻(xiàn) I R. Trebino, Frequency-Resolved Optical Grating TheMeasurement of Ultrashort Laser Pulses, (Kluwer Academic Publishers)(2000)],頻率分辨光柵(frequency-resolved optical gating,簡稱 FROG)法[參見文獻(xiàn) 2 :R. Trebino, K. ff. DeLong, D. N. Fittinghoff, J. N. Sweetser, M. A. Krumbugel, B. A. Richman,and D. J. Kane, “Measuring ultrashort laser pulses in the time-frequencydomain using frequency-resolved optical gating,，，Rev. Sci. Instrum. 68 (9),3277-3295 (1997)]和光譜相位相干直接電場重建(spectral phase interferometryfor direct electric-f ield reconstruction,簡稱 SPIDER)法[參見文獻(xiàn) 3 :C. Iaconisand I. A. Walmsley, “Spectral phase interferometry for direct electric-fieldreconstruction of ultrashort optical pulses,，，Opt. Lett. 23 (10)，792-794 (1998) ]。自相關(guān)方法的原理和結(jié)構(gòu)簡單卻不能獲得飛秒激光脈沖的相位信息。FROG和SPIDER方法可以獲得脈沖相位。但是，F(xiàn)ROG與SPIDER方法通常需要較長時間重建脈沖。在SPIDER方 法中，通常需要非線性光學(xué)晶體來轉(zhuǎn)換產(chǎn)生測量信號。由于非線性光學(xué)晶體的相位匹配條件，這使得每臺測量儀器只能適應(yīng)于特定的光譜范圍，從而限制了這些方法在寬頻譜范圍內(nèi)的應(yīng)用。并且這些系統(tǒng)與測量過程都復(fù)雜。
最近，一種基于交叉偏振波(cross-polarized wave,簡稱XPW)[參見文獻(xiàn)4 :A. Jullien, L. Canova, 0. Albert, D.Boschetto, L. Antonucci, Y. H. Cha, J. P. Rousseau,P. Chaudet, G. Cheriaux, J. Etchepare, S. Kourtev, N. Minkovski, and S. M. Saltiel,“Spectral broadening and pulse duration reduction during cross-polarizedwave generation :influence of the quadratic spectral phase,，，Appl. Phys. B87(4),595-601(2007)]用作參考光的自參考光譜干涉方法(self-referenced spectralinterferometry,簡稱 SRSI)[參見文獻(xiàn) 5 :T. Oksenhendler, S. Coudreau, N. Forget,V. Crozatier, S.GrabielIe, R.Herzog, 0.Gobert, and D.Kaplan,“Self-referencedspectral interferometry, ”Appl. Phys. B 99 (I), 7-12 (2010) ]被用來測量激光脈沖。在此方法中，僅僅需要3次簡單迭代計算就可以很快獲得測量激光的光譜和光譜相位。這是目前為止最為簡單方便，并可以進(jìn)行脈沖寬度單發(fā)測量的方法。然而，此方法需要光學(xué)偏振元件。由于偏振光學(xué)元件也只對特定激光波長有效，并且有一定的光譜帶寬，這樣也就限制了這一方法和儀器只能在特定光譜范圍內(nèi)應(yīng)用。偏振光學(xué)元件的色散也使其對IOfs以下短脈沖測量的有限制。我們最近也提出一種基于自衍射效應(yīng)的SRSI方法，這種方法不受色散限制，但是目前此方法結(jié)構(gòu)有些復(fù)雜[參見文獻(xiàn)6 J. Liu, Y. L. Jiang, T.Kobayashi, R. X. Li, and Z. Z. Xu, “Self-referenced spectral interferometry basedon self-diffraction effect, ” J. Opt. Soc. Am. B 29(1) :29-34 (2012)]。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種基于透明介質(zhì)的瞬態(tài)光柵效應(yīng)[參見文獻(xiàn)7 J. Liu, K. Okamura,Y.Kida, and T. Kobayashi, “Femtosecond pulses cleaning by transient-gratingprocess in Kerr-optical media, ^Chin. Opt. Lett. 9 (5) :051903 (2011)]的自參考光譜干涉飛秒激光脈沖的測量方法，一種非常實用的飛秒激光脈沖形狀的實時測量裝置。本發(fā)明裝置簡單，調(diào)節(jié)方便，數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理迅速，并且可以適應(yīng)不同脈沖寬度和不同波長的飛秒激光脈沖寬度與脈沖形狀的測量與實時監(jiān)測。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種基于瞬態(tài)光柵效應(yīng)的飛秒激光脈沖的自參考光譜干涉測量方法，特點在于該方法包括下列步驟①采用飛秒激光脈沖通過三階非線性介質(zhì)產(chǎn)生的瞬態(tài)光柵，獲得飛秒激光脈沖的自參考光；②通過高光譜精度的光譜儀對飛秒激光脈沖及其自參考光的進(jìn)行自參考光譜干涉測量獲得光譜干涉條紋D(G)，X)；③對所述的光譜干涉條紋D( ，X)利用自參考光譜相干方法反演計算獲得激光光譜和光譜相位，從而可以測量激光脈沖寬度與脈沖形狀。第一種基于瞬態(tài)光柵效應(yīng)的飛秒激光脈沖測量裝置，特點在于其構(gòu)成包括四小孔光闌板、延時片、平面反射鏡、第一凹面反射鏡、三階非線性光學(xué)介質(zhì)、小孔光闌、第二凹面高反射鏡和高光譜精度的光譜儀，所述的元部件的位置關(guān)系如下所述的四小孔光闌板具有呈正方形分布的四個小孔，所述的平面反射鏡的第一、第二、第三象限區(qū)域鍍高反膜，第四象限未鍍膜，所述的待測飛秒激光光束經(jīng)所述的四小孔光闌板后分為四束光束并分別稱為第一、第二、第三和第四光束，所述的第一、第二、第三光束直接達(dá)到所述的平面反射鏡第一、第二、第三象限區(qū)域，第四光束經(jīng)所述的延時片延時后達(dá)到所述的平面反射鏡的第四象限區(qū)域，所述的平面反射鏡與入射光束成一定角度設(shè)置，在所述的平面反射鏡的反射光束方向設(shè)置第一凹面反射鏡，在第一凹面反射鏡的焦點位置設(shè)置所述的三階非線性光學(xué)介質(zhì)，所述的第一、第二、第三光束在所述的三階非線性光學(xué)介質(zhì)產(chǎn)生瞬態(tài)光柵效應(yīng)形成瞬態(tài)光柵信號光波，所述的第四光束經(jīng)所述的三階非線性光學(xué)介質(zhì)與所述的瞬態(tài)光柵信號光波在空間重合并且依次經(jīng)所述的小孔光闌、所述的第二凹面高反射鏡反射后進(jìn)入所述的高光譜精度的光譜儀進(jìn)行光譜測量獲得待測飛秒激光的自參考干涉光譜。所述的延時片為透明玻璃介質(zhì)，所述的平面反射鏡為四分之三區(qū)域部分鍍高反 射膜的反射鏡。第二種基于瞬態(tài)光柵效應(yīng)的飛秒激光脈沖測量裝置，特點在于其構(gòu)成包括四小孔光闌板、延時片、平面反射鏡、三階非線性光學(xué)介質(zhì)、小孔光闌、第二凹面高反射鏡和高光譜精度的光譜儀和薄透鏡，上述元部件的位置關(guān)系如下所述的四小孔光闌板具有呈正方形分布的四個小孔，所述的平面反射鏡的第一、第二、第三象限區(qū)域鍍高反膜，第四象限未鍍膜，該平面反射鏡與入射光束成一定角度設(shè)置，在所述的四小孔光闌板和所述的平面反射鏡之間設(shè)置所述的薄透鏡，待測飛秒激光光束經(jīng)所述的四小孔光闌板后分為四束光束并分別稱為第一、第二、第三和第四光束，所述的第一、第二、第三光束經(jīng)所述的薄透鏡和所述的平面反射鏡的第一、第二、第三象限區(qū)域反射后匯集在位于所述的薄透鏡的焦平面的三階非線性光學(xué)介質(zhì)中，所述的第一、第二、第三光束在所述的三階非線性光學(xué)介質(zhì)中產(chǎn)生瞬態(tài)光柵效應(yīng)形成瞬態(tài)光柵信號光波，第四光束經(jīng)所述的延時片延時后再經(jīng)所述的薄透鏡和所述的平面反射鏡的第四象限區(qū)域反射，經(jīng)所述的三階非線性光學(xué)介質(zhì)后與所述的瞬態(tài)光柵信號光波在空間重合。兩束重合的激光一起再依次經(jīng)所述的小孔光闌、所述的第二凹面高反射鏡反射進(jìn)入所述的高光譜精度的光譜儀進(jìn)行測量獲得待測飛秒激光的自參考干涉光譜。第三種基于瞬態(tài)光柵效應(yīng)的飛秒激光脈沖測量裝置，特征在于其構(gòu)成包括四小孔光闌板、延時片、凹面反射鏡、三階非線性光學(xué)介質(zhì)、小孔光闌、第二凹面高反射鏡和高光譜精度的光譜儀，所述的元部件的位置關(guān)系如下所述的四小孔光闌板具有呈正方形分布的四個小孔，所述的凹面反射鏡的第一、第二、第三象限區(qū)域鍍高反膜，第四象限未鍍膜，所述的待測飛秒激光光束經(jīng)所述的四小孔光闌板后分為四束光束并分別稱為第一、第二、第三和第四光束，所述的第一、第二、第三光束直接經(jīng)所述的凹面反射鏡第一、第二、第三象限區(qū)域反射，第四光束經(jīng)所述的延時片延時后達(dá)到所述的凹面反射鏡的第四象限區(qū)域，所述的凹面反射鏡與入射光束成一定角度設(shè)置，在所述的凹面反射鏡的焦平面位置設(shè)置所述的三階非線性光學(xué)介質(zhì)，所述的第一、第二、第三光束在所述的三階非線性光學(xué)介質(zhì)中產(chǎn)生瞬態(tài)光柵效應(yīng)形成瞬態(tài)光柵信號光波，經(jīng)延時的所述的第四光束依次經(jīng)所述的三階非線性光學(xué)介質(zhì)后與所述的瞬態(tài)光柵信號光波在空間重合，兩束重合的激光脈沖一起再依次經(jīng)過所述的小孔光闌和所述的第二凹面高反射鏡反射后進(jìn)入所述的高光譜精度的光譜儀進(jìn)行測量獲得待測飛秒激光的自參考干涉光譜。所述的四小孔光闌板的四個通光孔可以為任意形狀。
本發(fā)明具有 以下顯著的特點(a)本發(fā)明采用了瞬態(tài)光柵效應(yīng)產(chǎn)生的瞬態(tài)光柵光波作為參考光，因此可以運(yùn)行在200-3000nm寬帶范圍和10_300fs脈沖寬度范圍。并且可以對納焦耳量級的振蕩器進(jìn)行測量。(b)本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)非常簡單，僅僅利用了幾個反射鏡，兩塊玻璃片就可以獲得信號光與待測激光的干涉光譜。(c)本發(fā)明采用自參考光譜方法(SRSI)來測量激光脈沖，經(jīng)過計算機(jī)編寫的程序軟件線性計算，只需經(jīng)過約三次的迭代計算就可以獲得待測激光脈沖的激光光譜、光譜相位、脈沖形狀和脈沖時域相位的信息，響應(yīng)速度快。(d)與在先技術(shù)相比，本發(fā)明顯著地提高了飛秒激光脈沖測量的光譜和脈沖寬度的適應(yīng)范圍、并且同時提高了計算速度，可以實時監(jiān)測激光脈沖形狀?？梢杂米黠w秒激光脈沖脈沖寬度的單發(fā)測量和實時監(jiān)測。


圖1，圖2，圖3分別為本發(fā)明的三個典型實例裝置光路結(jié)構(gòu)圖。圖4(a)為裝置圖I中小孔板2的結(jié)構(gòu)示意圖，白色部分為透光小孔。L為小孔中心間距，d為小孔大小。圖4(b)為裝置圖I中部分區(qū)域鍍膜的平面反射鏡4的結(jié)構(gòu)示意圖。白色區(qū)域為不鍍膜區(qū)域，灰色區(qū)域為鍍膜區(qū)域。圖5是自參考光譜相干方法計算飛秒激光脈沖形狀，激光光譜和光譜相位的流程圖。圖6是利用本發(fā)明實例裝置圖I測量800nm中心波長40fs激光脈沖實驗結(jié)果圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的實質(zhì)是采用飛秒激光脈沖經(jīng)三階非線性效應(yīng)介質(zhì)產(chǎn)生的所述的瞬態(tài)光柵信號光波作參考光束對飛秒激光脈沖進(jìn)行自參考光譜干涉(SRSI)測量。首先，是利用透明介質(zhì)材料中的瞬態(tài)光柵效應(yīng)產(chǎn)生參考信號光波。本發(fā)明飛秒激光脈沖測量裝置的一個實施例裝置光路圖如圖I所示。光路主要包括1為入射激光束；2為小孔板；3為玻璃片，用來引入時間延遲；4為第一、第二、第三象限區(qū)域鍍高反膜的平面反射鏡，用于調(diào)整光路；5為鍍高反膜的第一凹面反射鏡；6為產(chǎn)生瞬態(tài)光柵效應(yīng)的介質(zhì)玻璃片；7為小孔光闌，用來透過信號光和擋住雜散光；8為鍍高反膜的第二凹面反射鏡；9為高光譜精度的光譜儀，用來測量激光光譜與干涉光譜。在光路圖中，所述的小孔板2有四個成正方形排列的口徑相等的小孔，用來選取入射激光光斑上四個部分激光形成相等口徑的四束激光，如圖4(a)所示。所述的平面反射鏡4的第四象限未鍍膜，其它第一、第二、第三象限鍍高反膜的反射鏡，如圖4(b)所示。圖I測量裝置的光路走勢如下，一束光斑足夠大(直徑大于5_)的入射激光束I經(jīng)過所述的小孔板2后，小孔板上的四個小孔通過相等口徑的四束激光，該四束激光位于正方形四個角，也叫“盒子形狀(box)”。其中一束激光透過一塊合適厚度的玻璃片3，而其它三束激光在空氣自由傳播，透過所述的玻璃片3的激光束與其它三束激光之間具有一定的時間延遲。然后，該四束激光經(jīng)所述的平面反射鏡4，其中延遲的那束激光經(jīng)過未鍍膜的四分之一區(qū)域反射，其它三束激光則經(jīng)過鍍有高反膜的四分之三區(qū)域反射。經(jīng)過平面反射鏡4的光以很小的角度入射到第一凹面反射鏡5上，并被該第一凹面反射鏡5聚焦到所述的介質(zhì)玻璃片6上。三束經(jīng)平面反射鏡4高反射的激光在介質(zhì)玻璃片6上產(chǎn)生瞬態(tài)光柵效應(yīng)并產(chǎn)生瞬態(tài)光柵信號光波，所產(chǎn)生的信號光波正好跟經(jīng)延遲的那一束待測光波在一個方向上，并且在空間上重合。利用小孔光闌7選取信號光波和延遲的待測光波，經(jīng)過第二凹面反射鏡8聚焦到高精度光譜儀9中，測得光譜信號。在裝置結(jié)構(gòu)中，小孔板2上的四個小孔大小和間距根據(jù)入射光斑大小來選取，以四個光斑互不影響，并且通過能量最大為原則。玻璃片3材料的選取根據(jù)入射激光波長來確定，以在激光波長帶寬范圍透明，色散小為原則。材料的厚度則跟入 射激光帶寬寬和中心波長有關(guān)，入射激光帶寬寬，脈沖寬度短，則玻璃片3要薄，具體根據(jù)后面測得的干涉光譜條紋是否分辯和精度為原則。平面反射鏡4和第一凹面反射鏡5的膜根據(jù)入射激光中心波長不同可以鍍銀膜、金膜、鋁膜和介質(zhì)高反膜。介質(zhì)玻璃片6材料選擇需要對入射激光透明，并且三階非線性系數(shù)要高，并且厚度通常選取100-500um。9為高光譜精度的光譜儀，可以提1 測量精度。在原理上，瞬態(tài)光柵效應(yīng)可以用表達(dá)式(I)來描述[參見參考文獻(xiàn)7]
權(quán)利要求
1.一種基于瞬態(tài)光柵效應(yīng)的飛秒激光脈沖的自參考光譜干涉測量方法，特征在于該方法包括下列步驟 ①采用飛秒激光脈沖通過三階非線性介質(zhì)產(chǎn)生的瞬態(tài)光柵，獲得飛秒激光脈沖的自參考光; ②通過高光譜精度的光譜儀(9)對飛秒激光脈沖及其自參考光的進(jìn)行自參考光譜干涉測量獲得光譜干涉條紋D( ，τ)； ③對所述的光譜干涉條紋D( ，τ)利用自參考光譜相干反演方法計算獲得激光光譜和光譜相位，從而可以測量激光脈沖寬度與脈沖形狀。
2.實施權(quán)利要求I所述的基于瞬態(tài)光柵效應(yīng)的自參考光譜干涉測量方法的飛秒激光脈沖測量裝置，特征在于其構(gòu)成包括四小孔光闌板(2)、延時片(3)、平面反射鏡(4)、第一凹面反射鏡(5)、三階非線性光學(xué)介質(zhì)(6)、小孔光闌(7)、第二凹面高反射鏡(8)和高光譜精度的光譜儀(9)，上述元部件的位置關(guān)系如下所述的四小孔光闌板(2)具有呈正方形分布的四個小孔，所述的平面反射鏡(4)的第一、第二、第三象限區(qū)域鍍高反膜，第四象限未鍍膜，所述的待測飛秒激光光束(I)經(jīng)所述的四小孔光闌板(2)后分為四束光束并分別稱為第一、第二、第三和第四光束，所述的第一、第二、第三光束直接到達(dá)所述的平面反射鏡(4)第一、第二、第三象限區(qū)域，第四光束經(jīng)所述的延時片(3)延時后到達(dá)所述的平面反射鏡(4)的第四象限區(qū)域，所述的平面反射鏡(4)與入射光束成一定角度設(shè)置，在所述的平面反射鏡(4)的反射光束方向設(shè)置第一凹面反射鏡(5)，在第一凹面反射鏡(5)的焦點位置設(shè)置所述的三階非線性光學(xué)介質(zhì)￠)，所述的第一、第二、第三光束在所述的三階非線性光學(xué)介質(zhì)(6)產(chǎn)生瞬態(tài)光柵效應(yīng)形成瞬態(tài)光柵信號光波，所述的第四光束經(jīng)所述的三階非線性光學(xué)介質(zhì)(6)后與所述的瞬態(tài)光柵信號光波空間重合并且一起依次經(jīng)所述的小孔光闌(7)、所述的第二凹面高反射鏡(8)反射后進(jìn)入所述的高光譜精度的光譜儀(9)進(jìn)行光譜測量獲得待測飛秒激光的自參考干涉光譜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于瞬態(tài)光柵效應(yīng)的飛秒激光脈沖測量裝置，其特征在于所述的延時片(3)為透明玻璃介質(zhì)，所述的平面反射鏡(4)為四分之三區(qū)域部分鍍高反射膜的反射鏡。
4.種實施權(quán)利要求I所述的基于瞬態(tài)光柵效應(yīng)的自參考光譜干涉測量方法的飛秒激光脈沖測量裝置，特征在于其構(gòu)成包括四小孔光闌板(2)、延時片(3)、平面反射鏡(4)、三階非線性光學(xué)介質(zhì)出)、小孔光闌(7)、凹面高反射鏡(8)和高光譜精度的光譜儀(9)和薄透鏡(10)，上述元部件的位置關(guān)系如下 所述的四小孔光闌板(2)具有呈正方形分布的四個小孔，所述的平面反射鏡(4)的第一、第二、第三象限區(qū)域鍍高反膜，第四象限未鍍膜，該平面反射鏡(4)與入射光束成一定角度設(shè)置，在所述的四小孔光闌板(2)和所述的平面反射鏡(4)之間設(shè)置所述的薄透鏡(10)，待測飛秒激光光束(I)經(jīng)所述的四小孔光闌板(2)后分為四束光束并分別稱為第一、第二、第三和第四光束，所述的第一、第二、第三光束經(jīng)所述的薄透鏡(10)和所述的平面反射鏡(4)的第一、第二、第三象限區(qū)域反射后匯集在位于所述的薄透鏡(10)的焦平面的三階非線性光學(xué)介質(zhì)￠)中，所述的第一、第二、第三光束在所述的三階非線性光學(xué)介質(zhì)(6)中產(chǎn)生瞬態(tài)光柵效應(yīng)形成瞬態(tài)光柵信號光波，第四光束經(jīng)所述的延時片(3)延時后再經(jīng)所述的薄透鏡(10)和所述的平面反射鏡(4)的第四象限區(qū)域反射，經(jīng)所述的三階非線性光學(xué)介質(zhì)￠)與產(chǎn)生的瞬態(tài)光柵信號光波空間重合再一起依次經(jīng)所述的小孔光闌(7)、所述的凹面高反射鏡(8)反射進(jìn)入所述的高光譜精度的光譜儀(9)進(jìn)行測量獲得待測飛秒激光的自參考干涉光譜。
5.實施權(quán)利要求I所述的基于瞬態(tài)光柵效應(yīng)的自參考光譜干涉測量方法的飛秒激光脈沖測量裝置，特征在于其構(gòu)成包括四小孔光闌板(2)、延時片(3)、凹面反射鏡(11)、三階非線性光學(xué)介質(zhì)出)、小孔光闌(7)、第二凹面高反射鏡(8)和高光譜精度的光譜儀(9)，上述元部件的位置關(guān)系如下 所述的四小孔光闌板(2)具有呈正方形分布的四個小孔，所述的凹面反射鏡(11)的第一、第二、第三象限區(qū)域鍍高反膜，第四象限未鍍膜，所述的待測飛秒激光光束(I)經(jīng)所述的四小孔光闌板(2)后分為四束光束井分別稱為第一、第二、第三和第四光束，所述的第一、第二、第三光束直接經(jīng)所述的凹面反射鏡(11)第一、第二、第三象限區(qū)域反射，第四光束經(jīng)所述的延時片(3)延時后達(dá)到所述的凹面反射鏡(11)的第四象限區(qū)域，所述的凹面反射鏡(11)與入射光束成一定角度設(shè)置，在所述的凹面反射鏡(11)的焦平面位置設(shè)置所述的三階非線性光學(xué)介質(zhì)出)，所述的第一、第二、第三光束在所述的三階非線性光學(xué)介質(zhì)(6)中產(chǎn)生瞬態(tài)光柵效應(yīng)形成瞬態(tài)光柵信號光波，經(jīng)延時的所述的第四光束依次經(jīng)所述的三階非線性光學(xué)介質(zhì)(6)與產(chǎn)生的瞬態(tài)光柵信號光波空間重合并且依次經(jīng)過所述的小孔光闌(7)和所述的第二凹面高反射鏡(8)反射后進(jìn)入所述的高光譜精度的光譜儀(9)進(jìn)行測量獲得待測飛秒激光的自參考干渉光譜。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5任一項基于瞬態(tài)光柵效應(yīng)的飛秒激光脈沖測量裝置，其特征在于所述的四小孔光闌板(2)的四個通光孔的形狀不限。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于瞬態(tài)光柵效應(yīng)的飛秒激光脈沖測量裝置，其特征在于所述的延時片(3)為透明玻璃介質(zhì)，所述的凹面反射鏡(11)為四分之三區(qū)域部分鍍高反射膜的反射鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7任一項所述的基于瞬態(tài)光柵效應(yīng)的飛秒激光脈沖測量裝置，其特征在于所述的延時片(3)為鍍中性衰減膜的光學(xué)窗ロ片。
全文摘要
一種基于瞬態(tài)光柵效應(yīng)的飛秒激光脈沖測量方法和裝置，本發(fā)明的實質(zhì)是采用飛秒激光脈沖經(jīng)三階非線性效應(yīng)介質(zhì)產(chǎn)生的所述的瞬態(tài)光柵信號光波作參考光束對飛秒激光脈沖進(jìn)行自參考光譜干涉測量。通過測量干涉光譜，利用自參考光譜相干方法來反演計算獲得激光光譜和光譜相位，從而可以測量激光脈沖寬度與脈沖形狀。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，計算速度快的特點，不需要偏振光學(xué)元件，減少了入射激光色散，可以測量10-300fs范圍內(nèi)不同波長的激光脈沖；本發(fā)明可進(jìn)行單次脈沖測量，可用于飛秒激光脈沖的實時監(jiān)測，獲得的光譜相位反饋到相關(guān)的相位補(bǔ)償裝置，可優(yōu)化飛秒激光脈沖輸出。
文檔編號G01J3/28GK102636272SQ20121007932
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者劉軍, 李儒新, 李方家 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所