專利名稱：超短脈沖不同空間位置的時間脈寬測量系統(tǒng)及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種超短脈沖不同空間位置的時間脈寬測量系統(tǒng)及其測量方法。
背景技術(shù)：
超短激光脈沖在介質(zhì)中傳輸時，其電磁場會誘發(fā)介質(zhì)折射率的改變，而介質(zhì)折射率的改變又會反作用于光場，從而影響超短脈沖的相關(guān)傳輸特性，導致超短脈沖的空間分布、脈沖形狀、偏振態(tài)和頻譜發(fā)生變化，從而導致各種不同的非線性效應發(fā)生，例如自聚焦效應，該效應將會導致光學元器件的損傷甚至破壞。所以精確地測量出超短脈沖在介質(zhì)中傳輸過程中的時空變化是非常有必要的，這樣就有利于我們操控超短脈沖的傳輸。目前，在已有的文獻和專利中還未曾報道過有合適的方法來精確測量超短脈沖傳輸過程中的時空變化。1977 年，J. Janszky 和 G. Corradi (Optics Commun.，Vol. 23，1977， 293-298)在提出利用單次自相關(guān)(Single Shot Autocorrelator，SSA)來測量超短脈沖的脈寬，該方法主要是將時間的測量轉(zhuǎn)換成空間的測量，通過測量二次諧波倍頻光的空間特性來得到基頻光的脈沖寬度，該方法的實驗裝置比較簡單方便。在利用SSA測量脈沖寬度時，前提是假設基頻光空間上任意一點的脈寬都是相等的，實際上超短脈沖在非線性介質(zhì)中傳輸時，由于色散和非線性效應的共同作用，基頻光不同空間點上的脈沖寬度是不一樣的，所以該方法不能精確地測量超短脈沖傳輸過程中的時空特性。D. J. Kane和R. Trebino 在 1993 提出的 FROG 方法(IEEE J. Quant. Electron, Vol. 29，1993，571)，C. Iaconis 和 I. A. Walmsley 在 1998 提出的 SPIDER 方法(Opt. Lett.，Vol. 23，1998，792)，這兩種方法能夠測量脈沖的強度和相位特性，可以精確地測量很短的飛秒脈沖的形狀，尤其是對小于IOfs光脈沖的振幅和相位能實現(xiàn)簡單、可靠、嚴格的實時測量，但未曾報到過該方法可以精確地測量超短脈沖傳輸過程中的時空特性。在2007年，D. Polli利用泵浦探測技術(shù)方法來精確測量超快時間變化過程，2010年Y. B. Deng利用同步的超短脈沖方法來測量長脈沖的時域精細結(jié)構(gòu)(Opt. Commun.，Vol. 284，2011，847)。在已有的專利中(專利號 03115175. 2)，該專利主要測量納米結(jié)構(gòu)等材料在超短脈沖激光作用下的超快過程；(專利號200610041571.5)，該專利主要是結(jié)合材料的介電常數(shù)和光束極化幅值兩方面的探測， 實現(xiàn)對轉(zhuǎn)變過程中物性參數(shù)的精確測量。由上可知，已有的技術(shù)方法可以精確測量光與物質(zhì)相互作用過程時的超快時間反應和激光脈沖傳輸過程中的時間變化，但不能精確地測量超短脈沖整個空域中不同空間位置的時間變化過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種超短脈沖不同空間位置的時間脈寬測量系統(tǒng)及其測量方法，精確地測量超短脈沖整個空域中不同空間位置的時間變化過程。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種超短脈沖不同空間位置的時間脈寬測量系統(tǒng)，包括超短脈沖光源、分束鏡、反射鏡、光學延遲平臺、非線性介質(zhì)、狹縫、非線性和頻晶體、精密探測器，超短脈沖光源產(chǎn)生的超短脈沖經(jīng)分束鏡產(chǎn)生兩路光，一路為水平光路上的探測光，另一路為垂直光路上的泵浦光，探測光依次經(jīng)光學延遲平臺、第五反射鏡、狹縫入射到非線性和頻晶體；泵浦光依次經(jīng)第三反射鏡、第四反射鏡、非線性介質(zhì)入射到非線性和頻晶體，非線性和頻晶體產(chǎn)生的和頻信號送入精密探測器；所述光學延遲平臺包括第一反射鏡和第二發(fā)射鏡，第一反射鏡和第二反射鏡位于同一水平位置上；所述第五反射鏡放置在電動旋轉(zhuǎn)平移臺上。所述超短脈沖光源采用鈦寶石再生放大激光器。所述分束鏡透射率為90%，反射率為10%。 所述反射鏡為前表面鍍銀反射鏡。
所述非線性介質(zhì)為CS2。
所述非線性和頻晶體為BBO晶體。 所述精密探測器為CXD Camera。超短脈沖不同空間位置的時間脈寬測量系統(tǒng)的時間脈寬測量方法的具體步驟 為1)將可調(diào)諧狹縫豎直放置或者橫向放置，探測光經(jīng)過狹縫以后，在空間上產(chǎn)生衍射條紋，用精密探測器探測探測光在非線性和頻晶體前表面的空間分布情況，調(diào)節(jié)狹縫的寬度，使探測光經(jīng)過狹縫后的中間主條紋空間分布最窄，邊上的次級條紋非常弱，并且此時的光強最強；2)啟動電動旋轉(zhuǎn)平移臺，使從第五反射鏡反射出來的探測光左右或者上下掃描泵浦光；3)啟動精密探測儀器，探測泵浦光和探測光在非線性和頻晶體中產(chǎn)生的和頻信號，測量超短脈沖經(jīng)過介質(zhì)傳輸后，其左右空間域或上下空間域中的時間變化過程。本發(fā)明的工作原理是從激光器出來的超短脈沖經(jīng)過分束鏡后分成探測光和泵浦光，假設這兩路光的時空分布都為高斯型
權(quán)利要求
1.一種超短脈沖不同空間位置的時間脈寬測量系統(tǒng)，包括超短脈沖光源、分束鏡、反射鏡、光學延遲平臺、非線性介質(zhì)、狹縫、非線性和頻晶體、精密探測器，其特征在于，超短脈沖光源產(chǎn)生的超短脈沖經(jīng)分束鏡產(chǎn)生兩路光，一路為水平光路上的探測光，另一路為垂直光路上的泵浦光，探測光依次經(jīng)光學延遲平臺、第五反射鏡、狹縫入射到非線性和頻晶體；泵浦光依次經(jīng)第三反射鏡、第四反射鏡、非線性介質(zhì)入射到非線性和頻晶體，非線性和頻晶體產(chǎn)生的和頻信號送入精密探測器；所述光學延遲平臺包括第一反射鏡和第二發(fā)射鏡，第一反射鏡和第二反射鏡位于同一水平位置上；所述第五反射鏡放置在電動旋轉(zhuǎn)平移臺上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短脈沖不同空間位置的時間脈寬測量系統(tǒng)，其特征在于， 所述超短脈沖光源采用鈦寶石再生放大激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短脈沖不同空間位置的時間脈寬測量系統(tǒng)，其特征在于， 所述分束鏡透射率為90%，反射率為10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短脈沖不同空間位置的時間脈寬測量系統(tǒng)，其特征在于， 所述反射鏡為前表面鍍銀反射鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短脈沖不同空間位置的時間脈寬測量系統(tǒng)，其特征在于， 所述非線性介質(zhì)為CS2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短脈沖不同空間位置的時間脈寬測量系統(tǒng)，其特征在于， 所述非線性和頻晶體為BBO晶體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超短脈沖不同空間位置的時間脈寬測量系統(tǒng)，其特征在于， 所述精密探測器為CXD Camera。
8.一種利用權(quán)利要求1所述的超短脈沖不同空間位置的時間脈寬測量系統(tǒng)的時間脈寬測量方法，其特征在于，該方法的具體步驟為1)將可調(diào)諧狹縫豎直放置或者橫向放置，探測光經(jīng)過狹縫以后，在空間上產(chǎn)生衍射條紋，用精密探測器探測探測光在非線性和頻晶體前表面的空間分布情況，調(diào)節(jié)狹縫的寬度， 使探測光經(jīng)過狹縫后的中間主條紋空間分布最窄，邊上的次級條紋非常弱，并且此時的光強最強；2)啟動電動旋轉(zhuǎn)平移臺，使從第五反射鏡反射出來的探測光左右或者上下掃描泵浦光；3)啟動精密探測儀器，探測泵浦光和探測光在非線性和頻晶體中產(chǎn)生的和頻信號，測量超短脈沖經(jīng)過介質(zhì)傳輸后，其左右空間域或上下空間域中的時間變化過程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超短脈沖不同空間位置的時間脈寬測量系統(tǒng)及其測量方法，超短脈沖全空域中不同空間位置的時間脈寬測量系統(tǒng)包括超短脈沖光源、分束鏡、反射鏡、光學延遲平臺、非線性介質(zhì)、狹縫、非線性和頻晶體、精密探測器，本發(fā)明利用泵浦-探測技術(shù)實現(xiàn)超短脈沖在非線性傳輸過程中的整個空域中不同空間位置的時間變化過程精確測量，能夠簡單、方便、快捷地測量出超短脈沖在傳輸時整個空域中不同空間位置的時間變化過程，并且測量精度高。
文檔編號G01J11/00GK102353465SQ20111030078
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者傅喜泉, 文雙春, 譚超, 鄧楊保 申請人:湖南大學