实时宽频反射性自相干仪的制作方法
【专利摘要】本发明是通过在非线性强度自相干仪里，使用安装在一个高精度稳定的翻转台上的多对反射镜来实现重复性的宽频延迟。这种自相干仪是实时的，无背景噪声信号的，无散射的。它具有持续性的长扫描范围，范围可以从几个飞秒到几百个皮秒。
【专利说明】实时宽频反射性自相干仪
【技术领域】
[0001]这是一项关于光学自相干仪的创新。光学自相干仪是一种测量超快激光脉冲宽度的仪器。在此处键入【技术领域】描述段落。
【背景技术】
[0002]自相干仪是一种被广泛应用的测量超快激光脉冲宽度的仪器。自相干仪可以把一束激光分成两束，并在时间上延迟其中一束，然后又把两束光合二为一从而分析激光的时间关联性质。普通的自相干仪通对其中一束光的反射镜来进行线性转化从而实现时间上的延迟。另一种的延迟方式是插入一个或多个楔形的光学玻璃镜(折射率η>1)。此外，还有一种比较普遍的延迟激光的方式是翻转一个或多个光学玻璃块。然而上述的所有方法都有弊端:(I)第一种线性的方法很难实现可重复的线性调整，而且容易导致机械上的松动。另外它可测量的的脉冲宽度也非常有限。这就是为什么所有的市面上的自相干仪只能测量飞秒激光脉冲。(2)上述的那些靠插入楔形或非楔形光块的方式会导致额外的散射。换句话说就是这种自相干仪本身在测激光脉冲的时候会致使激光脉冲变宽。用这种类型的仪器测几个飞秒或几十个飞秒的超快激光脉冲的时候，这一个弊端就变得尤其明显。
[0003]在我们的这项创新里，我们通过在一个稳定性加强的翻转台上翻转多个反射镜来实现对激光脉冲的延迟。这是一项对前人做法的突破与发展。我们的这个创新采用反馈非常的高精度无电刷发动机和翻转器来保证翻转的最佳稳定性和平稳性。一对，两对，甚至四对翻转镜子被用来确保自相干仪能够测量宽范围重复的激光脉冲。其测量范围可从几百赫兹到兆赫兹甚至千兆赫兹。这一创新还使散射最小化，从而可以用于测试从几飞秒到大于100皮秒的所有类型的短 脉冲。
【发明内容】
[0004]激光脉冲时长可以通过对分光器产生的两个子脉冲之间的自相干强度来监测。两个子脉冲被聚焦到非线性晶体的同一个点上，从而产生和频信号。这一和频信号可以表现初始激光脉冲的时间性。该创新的关键是平行反射对镜。图1显示了第一种实现方式。如图所示，两队平行镜子(I和2，4和5)在他们翻转的时候充当了光学延迟元件。激光在大约45度的入射角度射到镜面I然后到镜面2。从镜面2发出的光束在普通角度射到镜面3。然后光束被反射回来打到分光器。从分光器反射回来的光束就形成了第一个子光束。重复性的延迟是通过翻转台实现的。我们假定翻转台的转度为，那么光延迟变化就可以用下面的公式来表不:
Delta = 2t/(cos +sin -1)。
[0005]这里的d是反射镜I和2之间的距离。基于小角度近似，该延迟就相当于2d 。而这就正是对角度或翻转时间的线性函数。翻转台转过90度之后，对镜4和5又会重复上述流程。180度之后，对镜I和2又开始重复。360度转满之后，我们就得到4组自相干。
[0006]分光器11把入光分为两束。其中一束被射到顶镜13。这样该光束被散射到水平面上。另一束光进入旋转延迟线。分光器11又把这两束光平行的合在一起。然后曲面镜14把他们聚焦到非线性倍频晶体(BBO晶体)15上。产生的和频被光子探测器16-光电倍增管所监测。信号被光电倍增管放大之后就能够被示波器，电脑或其他测波器识别并显像。
[0007]如图2所示，当光盘转到 =90°时，镜子6就占据了最初I的位置。当光盘转到=180°时，镜子2就占据了最初I的位置。这就有两个显而易见的优点:第一，该设计是
对称式设计，因此可以形成一个非常稳定的翻转台。而稳定的翻转台是灵敏的超快光学仪器至关重要的一部分(例如，自相干仪的分辨率是I微米，相当于3.3飞秒。这就意味着任何大于I微米的机械噪音都会严重影响自相干仪)；第二，每一次翻转可以得到多个自相干数据。这对于测量低重复率的激光脉冲尤其的重要。
[0008]图3是我们设计的另一种实现方式。在这种方式里，8面反射镜的应用进一步加强了该设备的稳定性和高效率。
[0009]图4显示了在图1描述的第一个实现方式下，锁定模式蓝激光的自相干曲线。该高精翻转台以每分钟468转的速度翻转。两个平行镜子的距离是7.5厘米。脉冲在示波器上的半高宽度是7微秒，这相当于119飞秒的激光脉冲。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是自相干仪光学元件示意图(顶视图)。
[0011]图2展示了光盘旋转到45度角的时候各个光学元件的位置。
[0012]图3显示了使用8面(4对)镜子的翻转延迟线。
[0013]图4显示了基于图1实现方式的锁定模式蓝激光的自相干路径。
[0014]零部件编号:1，2，5，6，7，8，9，10平行翻转对镜；
3平镜；
4闻精度翻转台；
11分光器；
13顶镜；
14曲面镜；
15非线性二次谐波晶体；
16光电倍增管；
17记频器。
【权利要求】
1.实时宽频反射性自相干仪，其包括: a.2组反射性平行镜，这些镜子通过翻转产生连续性的时间延迟b.—个高精度稳定的翻转台 c.一个可以固定在线性转化台上并改变线性延迟的顶镜 d.一个将两束子脉冲聚焦到非线性晶体的同一点上的曲面镜 e.一个将两个子脉冲转变成和频信号的非线性晶体 f.一个可以探测和频信号的光子探测器 g.一个可以将一束光分做两束的分光器 h.一个可以测量转台转速的记频器。
2.在申请项目I里，对3组，4组或更多组反射性平行镜同样适用。
3.在申请项目I 里，光子探测器是指光电倍增管，雪崩光电二极管，硅光电二极管或砷化铟镓光电二极管。
4.在申请项目I里，翻转台4是由无刷电机驱动且按顺时针或逆时针旋转的。
5.在申请项目I里，运用所涉及的激光脉冲宽度从几毫秒到几百皮秒。
6.在申请项目I里，非线性晶体可以指BBO，LBO,KDP, KTP等任何二次谐波晶体。
【文档编号】G01J11/00GK104019911SQ201410274295
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】毛桂林 申请人:苏州紫光伟业激光科技有限公司