專利名稱：三階相關(guān)測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脈沖測量，特別是一種應(yīng)用測量激光脈沖的對比度的三階相關(guān)測量儀，它是利用晶體位置的可調(diào)性，改變晶體與焦點(diǎn)的相對位置，從而調(diào)整晶體內(nèi)和頻效率，具有操作簡單，易于調(diào)節(jié)，應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
近年來，飛秒啁啾脈沖放大系統(tǒng)已將激光脈沖的能量放大到了焦耳的量級，聚焦強(qiáng)度可達(dá)到1021W/cm2，這么高的激光強(qiáng)度可被廣泛應(yīng)用于固體和氣體靶中等離子體的形成過程及高次諧波發(fā)射的研究。在實(shí)驗(yàn)研究中，這些物理過程的效果對于激光脈沖的時間強(qiáng)度分布是很敏感的，特別在等離子體的產(chǎn)生過程中，任何低強(qiáng)度的噪聲脈沖的存在都會嚴(yán)重破壞等離子體的形成，因此，在實(shí)際應(yīng)用過程中準(zhǔn)確測量激光脈沖的對比度是一個很重要的問題。
G.ALBRECHT等人在文章“Nd3+:YAG主被動鎖模脈沖的時間形狀分析”(“Temporalshape analysis of Nd3+:YAG active passive mode-locked pulses”)(OpticsCommunication，Vol.40，No.1，1981，p59-62)中，提出一種結(jié)構(gòu)是將一激光束經(jīng)過倍頻晶體倍頻后，進(jìn)行分束和光學(xué)延遲，然后經(jīng)過一聚焦透鏡22會聚于一三次諧波晶體13中，如圖2所示，利用所產(chǎn)生的三次諧波信號的強(qiáng)度，來推測出激光脈沖對比度的大小。在這種結(jié)構(gòu)中，最困難的就是三次諧波信號的調(diào)整。
王益民等人在文章“用高動態(tài)范圍的相關(guān)器研究強(qiáng)激光脈沖的噪聲分布”(光學(xué)學(xué)報，Vol.19，No.2，1999，p261-264)中，提出另外一種結(jié)構(gòu)，如圖3所示，運(yùn)用焦距長短不同的兩個聚焦透鏡11，12將入射于三次諧波晶體13的光束分別進(jìn)行聚焦。這種調(diào)整過程，實(shí)際是將二個光束聚焦分別開來，易于滿足三次諧波產(chǎn)生條件，但是由于兩束光分別調(diào)整，調(diào)整工作量很大。
在三階相關(guān)儀測量中，最困難的就是三次諧波信號的調(diào)整，因?yàn)槿粢a(chǎn)生三次諧波信號，入射于三次諧波晶體13中的兩束光必需滿足三個條件1.在晶體中兩束光在空間上重合；2.兩束光的夾角滿足產(chǎn)生三次諧波的相位匹配條件，且足夠?。?.在晶體中兩束光在時間延遲上重合。通常情況下，入射光經(jīng)過透鏡后，在二次諧波晶體中的光斑很小，當(dāng)入射光為飛秒脈沖激光時，等光程對光延遲的要求在微米量級，若要同時滿足這三個條件，需要花大量的時間進(jìn)行調(diào)整。
另外，已有的三階相關(guān)儀的結(jié)構(gòu)測量時的測量范圍都受到了待測激光單脈沖能量的限制，對于單脈沖能量較低的系統(tǒng)，由于三階信號太弱，造成測量的范圍小，對于高對比度的激光脈沖，儀器無法反映其真實(shí)的對比度。而且，三次諧波晶體均安放在焦點(diǎn)處，在高能量單脈沖情況下，很容易損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述已有技術(shù)在光路調(diào)整中的困難以及測量范圍受單脈沖能量大小限制的缺點(diǎn)，提供一種用于準(zhǔn)確測量強(qiáng)激光脈沖三次諧波對比度的三階相關(guān)測量儀，以簡化裝置的調(diào)整過程，保證測量范圍，有效避免晶體損壞，達(dá)到方便三階相關(guān)測量儀的應(yīng)用和推廣。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種用于強(qiáng)激光脈沖三次諧波測量的三階相關(guān)測量儀，特征在于其結(jié)構(gòu)包括在儀器的底板上，沿著入射光束G前進(jìn)的方向上，依次固定有第一小孔光闌、第二小孔光闌、倍頻晶體和分束片，入射光束G經(jīng)該分束片后分成兩束光透射光束G[t]和反射光束G[f]，透射光束G[t]經(jīng)過時間延遲的第一直角反射鏡、第二反射鏡、半波片、第三反射鏡到達(dá)短焦透鏡，所述的反射光束G[f]經(jīng)過第四反射鏡、第二直角反射鏡達(dá)到所述的短焦透鏡，并與所述的透射光束G[t]同時會聚于諧波晶體上，沿著該諧波晶體產(chǎn)生的三次諧波光束G[s]前進(jìn)的方向上，在底板上依次固定有濾波片、定標(biāo)衰減片和探測元件。
所述的倍頻晶體是BBO晶體，或LBO晶體，或KDP晶體，晶體均按照匹配角切割。
所述的諧波晶體是BBO晶體，或LBO晶體，或KDP晶體，晶體均按照匹配角切割。
所述的分束片是在一基片上鍍有對基頻光束的透過率大于98％，而對倍頻光束的反射率大于98％膜層的膜板。
所述的濾波片是在一基片上鍍有濾去倍頻光束膜層的膜板。
所述的第二反射鏡、第三反射鏡和第一直角反射鏡的反射表面上鍍有對基頻光束具有反射率大于98％的膜層。
所述的第四反射鏡和第二直角反射鏡的反射表面上鍍有對倍頻光束具有反射率大于98％的膜層。
所述的諧波晶體固定在一個可以沿G[f]前進(jìn)的方向調(diào)整的一維平移臺上。所述的第五反射鏡的反射表面上鍍有對三次諧波光束具有反射率大于98％的膜層。
與先技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著特點(diǎn)1、本發(fā)明三階相關(guān)測量儀最大的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整簡單，使用方便。與在先技術(shù)相比，本發(fā)明，將和頻光束中的一束光先固定，只調(diào)整一束光，大大簡化了調(diào)整的過程。
2、本發(fā)明的和頻晶體位置可以沿著倍頻光束傳播方向進(jìn)行調(diào)整，從而對晶體內(nèi)的脈沖能量進(jìn)行調(diào)整，有效的防止了晶體的損壞。
3、本發(fā)明的和頻晶體位置可以沿著倍頻光束傳播方向進(jìn)行調(diào)整，從而對晶體內(nèi)的和頻效率進(jìn)行調(diào)整，有效的解決了激光單脈沖能量大小對三階相關(guān)儀測量范圍的限制的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的晶體可調(diào)整焦前作用結(jié)構(gòu)，因?yàn)橛幸?guī)律可循，對調(diào)整的精確度要求也不高，所以調(diào)整起來非常方便，通常在半個小時之內(nèi)即可調(diào)好光路，進(jìn)行測試；能夠保證測量的范圍寬，分辨率大于109，并且有效的防止了晶體的損壞。


圖1為本發(fā)明三階相關(guān)測量儀一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為已有技術(shù)的單透鏡聚焦光路示意圖。
圖3為已有技術(shù)的的雙透鏡聚焦光路示意圖。
圖4為本發(fā)明三階相關(guān)測量儀的聚焦光路示意5為本發(fā)明實(shí)施例中測得的強(qiáng)激光脈沖的時間和強(qiáng)度分布曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)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。
先請參閱圖1，圖1為本發(fā)明三階相關(guān)測量儀一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本實(shí)施例三階相關(guān)測量儀結(jié)構(gòu)包括在儀器的底板上，沿著入射光束G前進(jìn)的方向上，依次固定有第一反射鏡1、第一小孔光闌2、第二小孔光闌3、倍頻晶體4和分束片5，入射光束G經(jīng)過該分束片5后分成兩束光透射光束G[t]和反射光束G[f]，該透射光束G[t]經(jīng)過時間延遲的第一直角反射鏡6、第二反射鏡7、半波片8、第三反射鏡9到達(dá)短焦透鏡12，所述的反射光束G[f]經(jīng)過第四反射鏡10、第二直角反射鏡11達(dá)到所述的短焦透鏡12，并與所述的透射光束G[t]同時會聚于諧波晶體13上，沿著該諧波晶體13產(chǎn)生的三次諧波光束G[s]前進(jìn)的方向上，在底板上依次固定有濾波片14、第五反射鏡15、定標(biāo)衰減片16和探測元件17。
所述的倍頻晶體4是BBO晶體，晶體均按照匹配角切割。
所述的諧波晶體13是BBO晶體，晶體均按照匹配角切割。
所述的分束片5是在一基片上鍍有對基頻光束的透過率大于98％，而對倍頻光束的反射率大于98％膜層的膜板。
所述的濾波片14是在一基片上鍍有濾去倍頻光束膜層的膜板。
所述的第一反射鏡1、第二反射鏡7、第三反射鏡9和第一直角反射鏡6的反射表面上鍍有對基頻光束具有反射率大于98％的膜層。
所述的第四反射鏡10和第二直角反射鏡11的反射表面上鍍有對倍頻光束具有反射率大于98％的膜層。
所述的第五反射鏡15的反射表面上鍍有對三次諧波光束具有反射率大于98％的膜層。
所述的諧波晶體13固定在一個可以沿G[f]前進(jìn)的方向調(diào)整的一維平移臺上。
本發(fā)明三階相關(guān)測量儀的實(shí)質(zhì)是運(yùn)用了一個聚焦透鏡12對入射于諧波晶體13上的基頻光束和倍頻光束進(jìn)行聚焦。如圖4所示所選用的是短焦透鏡12，兩束光的相對位置滿足以下條件，倍頻光束通過透鏡中心正入射透鏡，當(dāng)基頻光束通過透鏡近中心處入射于諧波晶體13中時，兩光束的夾角滿足晶體的相位匹配的要求，且夾角足夠小，可以保證在諧波晶體13中兩束光有足夠的相交體積。
開始調(diào)整時，將倍頻光束在短焦透鏡12前表面反射回的光斑調(diào)回第一小孔光闌2中，保證倍頻光束通過短焦透鏡12的中心正入射，然后根據(jù)測量激光單脈沖能量適當(dāng)調(diào)整諧波晶體13與倍頻光束焦點(diǎn)的相對位置。對于單脈沖能量高的，將諧波晶體13擺在焦前的適當(dāng)位置，以免在焦點(diǎn)處打壞晶體；對于單脈沖能量低的，將諧波晶體13擺在更接近于焦點(diǎn)的位置，以保證測量范圍。首先，倍頻光束在諧波晶體13上產(chǎn)生一個光斑，基頻光束的光斑稍微偏離諧波晶體13，再通過調(diào)整第三反射鏡9，將基頻光束的光斑移到倍頻光束的光斑位置處，由于倍頻光束產(chǎn)生的光斑較大，很容易保證兩束光在諧波晶體13中完全重合，最后調(diào)整光路的延遲機(jī)構(gòu)第一直角反射鏡6和第一直角反射鏡11以達(dá)到等光程，這一點(diǎn)通常情況下是容易實(shí)現(xiàn)的。所述的探測元件17是光電倍增管。
在如圖1所示的實(shí)施例中入射光束G的波長λ0＝800nm，第一小孔光闌2，第二小孔光闌3用以對入射光束G進(jìn)行準(zhǔn)直；其中第一反射鏡1，第二反射鏡7，第三反射鏡9為鍍有銀膜的反射鏡，第四反射鏡10的反射(反射率大于98％)表面鍍有對二次諧波的波長λ2＝400nm的高反射率的膜層，第五反射鏡15(反射率大于98％)的反射表面鍍有對三次諧波的波長λ3＝267nm的高反射率的膜層。倍頻晶體4取BBO晶體，厚度為0.3mm；分束片5是鍍有對基頻光束的透過率大于98％，而對倍頻光束的反射率大于98％膜層的膜板的石英平板，透反膜板厚度為0.8mm；第一直角反射鏡6的反射面鍍有銀膜，第二直角反射鏡11的反射面鍍有對二次諧波的波長λ2＝400nm的高反射率的膜層，透鏡12的焦距f＝100mm，用以產(chǎn)生三次諧波光束的諧波晶體13采用BBO晶體，厚度為0.5mm；探測元件17采用只對紫外波段有響應(yīng)的光電倍增管(PMT)，濾光片14為石英平板基片上鍍有能夠?yàn)V去倍頻光束的膜層。
所測量的激光脈沖來自一kHz飛秒臺式鈦寶石激光放大裝置，該激光裝置輸出能量為5mJ，脈沖寬度為40飛秒的超短強(qiáng)激光脈沖。圖5為利用本發(fā)明對該脈沖前沿的測量結(jié)果，其中橫坐標(biāo)為倍頻光束相對于基頻光束的時間延遲，通過調(diào)整直角反射鏡11得到；縱坐標(biāo)為歸一化的光信號強(qiáng)度I/Im.的相對值，I是探測元件17接收到的三次諧波信號的強(qiáng)度，Im為最大光信號強(qiáng)度。從圖5中可以看出，本發(fā)明的測量儀測量激光脈沖對比度的分辨率大于109。
權(quán)利要求
1.一種用于強(qiáng)激光脈沖三次諧波測量的三階相關(guān)測量儀，特征在于其結(jié)構(gòu)包括在儀器的底板上，沿著入射光束G前進(jìn)的方向上，依次固定有第一小孔光闌(2)、第二小孔光闌(3)、倍頻晶體(4)和分束片(5)，入射光束G經(jīng)過該分束片(5)后分成兩束光透射光束G[t]和反射光束G[f]，透射光束G[t]經(jīng)過時間延遲的第一直角反射鏡(6)、第二反射鏡(7)、半波片(8)、第三反射鏡(9)到達(dá)短焦透鏡(12)，所述的反射光束G[f]經(jīng)過第四反射鏡(10)、第二直角反射鏡(11)達(dá)到所述的短焦透鏡(12)，并與所述的透射光束G[t]同時會聚于諧波晶體(13)上，沿著該諧波晶體(13)產(chǎn)生的三次諧波光束G[s]前進(jìn)的方向上，在底板上依次固定有濾波片(14)、定標(biāo)衰減片(16)和探測元件(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三階相關(guān)測量儀，其特征在于所述的倍頻晶體(4)是BBO晶體，或LBO晶體，或KDP晶體，晶體均按照匹配角切割。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三階相關(guān)測量儀，其特征在于所述的諧波晶體(13)是BBO晶體，或LBO晶體，或KDP晶體，晶體均按照匹配角切割。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三階相關(guān)測量儀，其特征在于所述的分束片(5)是在一基片上鍍有對基頻光束的透過率大于98％，而對倍頻光束的反射率大于98％膜層的膜板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三階相關(guān)測量儀，其特征在于所述的濾波片(14)是在一基片上鍍有濾去倍頻光束膜層的膜板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三階相關(guān)測量儀，其特征在于所述的第二反射鏡(7)、第三反射鏡(9)和第一直角反射鏡(6)的反射表面上鍍有對基頻光束具有反射率大于98％的膜層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三階相關(guān)測量儀，其特征在于所述的第四反射鏡(10)和第二直角反射鏡(11)在反射表面上鍍有對倍頻光束具有反射率大于98％的膜層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的三階相關(guān)測量儀，其特征在于所述的諧波晶體(13)固定在一個可以沿G[f]前進(jìn)的方向調(diào)整的一維平移臺上。
全文摘要
一種用于強(qiáng)激光脈沖三次諧波測量的三階相關(guān)測量儀，其結(jié)構(gòu)包括在儀器的底板上，沿著入射光束G前進(jìn)的方向上，依次固定有第一小孔光闌、第二小孔光闌、倍頻晶體和分束片，入射光束G經(jīng)該分束片后分成兩束光透射光束G[t]和反射光束G[f]，透射光束G[t]經(jīng)過時間延遲的第一直角反射鏡、第二反射鏡、半波片、第三反射鏡到達(dá)短焦透鏡，所述的反射光束G[f]經(jīng)過第四反射鏡、第二直角反射鏡達(dá)到所述的短焦透鏡，并與所述的透射光束G[t]同時會聚于諧波晶體上，沿著該諧波晶體產(chǎn)生的三次諧波光束G[s]前進(jìn)的方向上，在底板上依次固定有濾波片、定標(biāo)衰減片和探測元件。本發(fā)明具有操作簡單，易于調(diào)節(jié)，測量準(zhǔn)確，測量范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01J9/00GK101034012SQ20071003750
公開日2007年9月12日 申請日期2007年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月13日
發(fā)明者張春梅, 劉軍, 李闖, 李儒新, 梁曉燕 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所