一种双延迟三阶相关仪的制作方法

本发明属于超快脉冲激光测试技术领域，具体涉及一种双延迟三阶相关仪。

背景技术

利用双延迟强度三阶相关函数可以准确恢复超快激光脉冲的时间波形，名称为《基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置》的实用新型专利（专利号：zl201620734206.1）、名称为《一种超短激光脉冲波形测量装置》的实用新型专利（专利号：zl201620733875.7）和名称为《一种飞秒激光脉冲波形测量装置》的实用新型专利（专利号：zl201721273418.7）分别公开了通过测量双延迟的三阶强度相关信号来获得脉冲波形的方法，但由于倍频光束传输距离较长，倍频光束的空间干涉效应会产生强度调制，增加了脉冲恢复算法的复杂性。

技术实现要素：

为了克服现有的测量技术在超快激光脉冲波形测量中脉冲恢复算法的复杂性的不足，本发明提供一种双延迟三阶相关仪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明的一种双延迟三阶相关仪，其特点是，所述的测量装置中，在水平偏振的空间均匀的方形飞秒激光脉冲入射方向上设置分光镜ⅰ；基频激光脉冲通过分光镜ⅰ分成透射光和反射光。在所述的透射光路上设置分光镜ⅱ；分光镜ⅰ的透射光经分光镜ⅱ再一次分成透射光和反射光。在分光镜ⅱ的透射光路上依次设置有反射镜ⅰ、延迟调节器ⅰ、反射镜ⅱ、非线性晶体组件，在分光镜ⅱ的反射光路上设置有反射镜ⅲ；分光镜ⅱ的透射光经反射镜ⅰ反射到延迟调节器ⅰ上进行光程延迟后投射到反射镜ⅱ；从分光镜ⅱ反射的光束经反射镜ⅲ反射后与从反射镜ⅱ反射的光束同时投射到非线性晶体组件上进行倍频转换，产生倍频光束。在分光镜ⅰ的反射光路上依次设置有延迟调节器ⅱ、导光镜组；分光镜ⅰ反射的光束经延迟调节器ⅱ进行光程延迟后投射到导光镜组，从导光镜组出射的光束斜向下投射到非线性晶体组件上，与所述的倍频光束进行三倍频转换，在非线性晶体组件后输出三倍频光束。在非线性晶体组件输出的三倍频光束方向上设置透镜、滤波片、ccd；所述的非线性晶体组件后表面的三倍频光束经透镜聚焦、经滤波片滤除基频和倍频光束后成像到ccd上。ccd外接计算机，来自ccd的信号最后进入计算机进行数据处理。

所述的非线性晶体组件由两块晶体构成；按顺序依次设置倍频晶体、和频晶体；倍频晶体的光轴沿竖直方向，和频晶体的光轴沿水平方向，和频晶体紧贴在倍频晶体后；从反射镜ⅱ反射的光束与从反射镜ⅲ反射的光束沿水平面以位相匹配的对称角度入射到倍频晶体上，所述的两光束在倍频晶体中心相交，在倍频晶体内所述的两光束的重叠区域实现倍频转换，产生的倍频光沿与倍频晶体表面相垂直的方向输出；从倍频晶体出射的倍频光与从导光镜组来的基频光沿垂直面以矢量位相匹配角度同时投射到和频晶体ⅱ上，所述的两光束在和频晶体ⅱ中心相交，在两光束重叠区域实现三倍频转换，产生三倍频双延迟三阶相关信号，所述的三阶相关信号光沿和频晶体ⅱ后表面输出。

所述的导光镜组由上下正交放置的两块导光镜构成；在基频激光脉冲传输方向上依次设置有导光镜ⅰ、导光镜ⅱ；导光镜ⅰ将入射水平光束垂直向上投射，导光镜ⅱ将所述的垂直向上投射光束斜向下投射；所述的斜向下投射光束与入射水平光束垂直。

所述的倍频晶体ⅰ、和频晶体ⅱ采用90^o非共线ooe匹配，根据不同的入射激光波长选用不同的晶体材料如bbo、kdp等。

本发明的有益效果是：

1.本发明的双延迟三阶相关仪成本低、结构简单，调节方便，倍频晶体后紧贴和频晶体，消除了倍频光束的空间干涉效应，降低了脉冲恢复算法的复杂性。

2.本发明中采用上下正交的两块导光镜改变光束的偏振态，提高了双延迟三阶相关仪的紧凑性。

附图说明

图1是本发明的一种双延迟三阶相关仪的光路示意图；

图2是本发明中的非线性晶体组件的光路示意图；

图3是本发明中的导光镜组的光路示意图；

图中，1.分光镜ⅰ2.分光镜ⅱ3.反射镜ⅰ4.延迟调节器ⅰ5.反射镜ⅱ6.非线性晶体组件7.反射镜ⅲ8.延迟调节器ⅱ9.导光镜组10.透镜11.滤波片12.ccd6-1.倍频晶体6-2.和频晶体9-1.导光镜ⅰ9-2.导光镜ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

图1是本发明的一种双延迟三阶相关仪示意图；图2是本发明中的非线性晶体组件光路示意图，为图1中的非线性晶体组件的a向侧视图；图3是本发明中的导光镜组光路示意图，为图1中的导光镜组的b向侧视图。在图1~图3中，本发明的一种双延迟三阶相关仪，在水平偏振的空间均匀的方形飞秒激光脉冲入射方向上设置分光镜ⅰ1；基频激光脉冲通过分光镜ⅰ1分成透射光和反射光；在所述的透射光路上设置分光镜ⅱ2；分光镜ⅰ1的透射光经分光镜ⅱ2再一次分成透射光和反射光；在分光镜ⅱ2的透射光路上依次设置有反射镜ⅰ3、延迟调节器ⅰ4、反射镜ⅱ5、非线性晶体组件6，在分光镜ⅱ2的反射光路上设置有反射镜ⅲ7；分光镜ⅱ2的透射光经反射镜ⅰ3反射到延迟调节器ⅰ4上进行光程延迟后投射到反射镜ⅱ5；从分光镜ⅱ2反射的光束经反射镜ⅲ7反射后与从反射镜ⅱ5反射的光束同时投射到非线性晶体组件6上进行倍频转换，产生倍频光束；在分光镜ⅰ1的反射光路上依次设置有延迟调节器ⅱ8、导光镜组9；分光镜ⅰ1反射的光束经延迟调节器ⅱ8进行光程延迟后投射到导光镜组9，从导光镜组9出射的光束斜向下投射到非线性晶体组件6上，与所述的倍频光束进行三倍频转换，在非线性晶体组件6后输出三倍频光束；在非线性晶体组件6输出的三倍频光束方向上设置透镜10、滤波片11、ccd12；所述的非线性晶体组件6后表面的三倍频光束经透镜10聚焦、经滤波片11滤除基频和倍频光束后成像到ccd12上；ccd12外接计算机，来自ccd12的信号最后进入计算机进行数据处理。

所述的非线性晶体组件6由两块晶体构成；按顺序依次设置倍频晶体6-1、和频晶体6-2；倍频晶体6-1的光轴沿竖直方向，和频晶体6-2的光轴沿水平方向，和频晶体6-2紧贴在倍频晶体6-1后；从反射镜ⅱ5反射的光束与从反射镜ⅲ7反射的光束沿水平面以位相匹配的对称角度入射到倍频晶体6-1上，所述的两光束在倍频晶体6-1中心相交，在倍频晶体6-1内所述的两光束的重叠区域实现倍频转换，产生的倍频光沿与倍频晶体6-1表面相垂直的方向输出；从倍频晶体6-1出射的倍频光与从导光镜组9来的基频光沿垂直面以矢量位相匹配角度同时投射到和频晶体ⅱ6-2上，所述的两光束在和频晶体ⅱ6-2中心相交，在两光束重叠区域实现三倍频转换，产生三倍频双延迟三阶相关信号，所述的三阶相关信号光沿和频晶体ⅱ6-2后表面输出；如图2所示。

所述的导光镜组9由上下正交放置的两块导光镜构成；在基频激光脉冲传输方向上依次设置有导光镜ⅰ9-1、导光镜ⅱ9-2；导光镜ⅰ9-1将入射水平光束垂直向上投射，导光镜ⅱ9-2将所述的垂直向上投射光束斜向下投射；所述的斜向下投射光束与入射水平光束垂直，如图3所示。

所述的倍频晶体ⅰ6-1、和频晶体ⅱ6-2采用90^o非共线ooe匹配，本实施例中选用kdp晶体材料。

所述的导光镜组9将基频激光脉冲由水平偏振转换为垂直偏振。

所述的倍频晶体ⅰ6-1将水平偏振的、空间均匀的基频激光脉冲时间信号i(t)转换为垂直偏振的、沿水平方向调制的倍频信号g⁽²⁾(x1)，所述的和频晶体ⅱ6-2将基频脉冲光与倍频光沿垂直面进行和频，转换为双延迟三阶相关信号g⁽³⁾(x,y)。

所述的延迟调节器ⅰ4、延迟调节器ⅱ8不仅可以确定双延迟三阶相关信号g⁽³⁾(x,y)的零点，还可以扩展g⁽³⁾(x,y)的视场范围。

本发明的双延迟三阶相关仪用于飞秒激光脉冲波形测量的基本原理是：利用双延迟三阶强度时间相关函数g⁽³⁾(τ1,τ2)可以唯一确定脉冲的时间波形；而借助倍频晶体以及和频晶体的非共线频率转换获得可以直接测量的双延迟三阶空间相关信号g⁽³⁾(x,y)，再通过简单的时间－空间坐标变换转换为双延迟三阶强度时间相关函数g⁽³⁾(τ1,τ2)，然后通过简单的递归算法恢复脉冲波形i(t)。

本实施例中，入射激光脉冲中心波长为800nm，脉冲宽度约为0.1ps，能量约为10mj，光束口径为1cm，水平偏振，倍频晶体6-1与和频晶体6-2均采用kdp材料，均采用非共线ooe位相匹配。从反射镜ⅱ5和反射镜ⅲ7反射来的两基频光束以约30^o的夹角沿水平方向对称入射到倍频晶体6-1上，产生的倍频光束沿倍频晶体6-1表面的法线方向输出，所述的倍频光束与从导光镜组9来的基频光束以约17^o的夹角沿垂直方向交叉入射到和频晶体6-2上，基频光束的入射角约为11.8⁰，倍频光的入射角约为5.8⁰，在光束重叠区域产生三倍频光，产生的三倍频光束沿和频晶体6-2表面的法线方向输出，这时ccd12记录的三倍频光即为双延迟三阶相关信号；这里α≈14.73^o，β≈11.78^o，ε≈5.86^o，基频、倍频群速度u1ν、u2ν的数值按光学手册获取，最后通过计算机进行数据处理，获得激光脉冲波形分布i(t)。