专利名称：测试飞秒激光器空间相干性装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及飞秒激光器，特别是一种测试飞秒激光器空间相干性装置。
背景技术：
1962年，在激光器诞生不久，人们就利用调Q技术获得了纳秒兆瓦级的激光输出。1964年，采用锁模技术获得了皮秒吉瓦量级的激光输出。随着激光输出功率的增高，激光介质因非线性光学效应为自聚焦引起介质本身的破坏。因此，在以后长达20年的时间，激光器输出光强一直在1012W/cm2左右徘徊。
1985年，Mouron等人提出了激光器啁啾脉冲放大技术(简称CPA)，使激光输出脉宽大幅度压缩。所谓CPA技术是在维持光谱宽度不变的情形下，通过色散元件将脉宽展宽好几个数量级，形成所谓的“啁啾脉冲”，然后进行放大。放大以后，再将脉冲进行压缩，利用这种方法脉宽可以压缩到20飞秒，输出功率可以达到1015W。
上个世纪90年代，人们研制成一系列性能优良的宽带可调谐，材料为钛宝石的激光器。1992年，A.Duneitis等人提出的光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)的全新概念，是将CPA技术和OPA(光参量放大)技术相结合的一种方法，将脉冲宽度压缩到6.2飞秒。
从上面的讨论，我们可以看出，飞秒脉冲激光是利用“克尔”透镜锁膜技术、宽带固体激光介质和Martinez型脉冲展宽光栅对的钛宝石装置或钕玻璃激光装置。
因此几乎所有飞秒激光器件输出都是在宽光谱带的情况下运行的，由于激光器的横向相干性，即空间相干性和纵向相干性，即时间相干性是混合在一起的，并且飞秒激光器的宽光谱输出，意味着时间相干性很差，因此就不能采用常规空间相干性测试方法，例如杨氏双缝实验来完成，这就给测试飞秒激光器的空间相干性带来了困难。
发明内容
本实用新型针对上述在先技术中所存在的缺点，提出一种测试飞秒激光器空间相干性装置，它能一次性测量出飞秒宽带飞秒钛宝石激光器的空间相干性，既准确又能实时地进行显示。
本实用新型的技术解决方案是一种测试飞秒激光器空间相干性装置，其特征在于它的构成是在一光轴上依次设有菲涅尔波带片、小孔光阑、其外轮廓小于波带片的方孔光阑和探测器，该探测器与计算机相连，所述的小孔光阑位于波带片的焦点处，所述的方孔光阑与小孔光阑和方孔光阑与探测器的距离均为所述波带片焦距的1/2。
所述的小孔光阑是一个孔径为0.5-2mm的光阑。
所述的探测器是一个能探测飞秒激光器激光波段图像的CCD装置。
所述的波带片的焦距的选择范围为5-50mm。
本实用新型的技术效果如下当飞秒钛宝石激光器工作以后，入射到波带片上产生衍射，一级衍射波和部分零级波通过光阑和方孔光阑，在探测器上产生干涉条纹，被计算机记录和显示，给出干涉条纹能见度，一次就可探测到飞秒钛宝石激光器的空间相干性的数值。
图1为本实用新型测试飞秒激光器空间相干性装置原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明，先请参阅图1，图1为本实用新型测试飞秒激光器空间相干性装置原理图。由图可见，本实用新型的测试飞秒激光器空间相干性装置由六部分组成飞秒钛宝石激光器1，波带片2，光阑3，方孔光阑4，探测器5，计算机6。
本实用新型的基本原理本实用新型测试飞秒激光器空间相干性装置，如图1所示。从飞秒激光源1发出的激光束经波带片2衍射以后到探测器5上干涉图的光程为Lr＝Zs+(Zf2+R2)1/2(Zf+f)/Zf＝Zs+(Zf+f)(1+R2/Zf2)1/2＝Zs+(Zf+f)(1+R2/2Zf2-R4/8Zf4)＝Zs+Zf+f+(Zf+f)R2/2Zf2-(Zf+f)R4/8Zf4(1)从飞秒激光源1未经波带片2衍射到干涉图上的光程为L0＝Zs+f+(Zf-Z0)+(Z02+R2)1/2≈Zs+Zf+f+R2/2Z0-R4/8Z03(2)两者的光程差为ΔL＝|Lf-L0|≈|[(Zf+f)/Zf2-Z0-1]R2/2-[(Zf+f)/Zf4-Z0-3]R4/8|＝|[Z0(Zf+f)-Zf2]R2/2Z0Zf2-[(Zf+f)/Zf4-Z0-3]R4/8|(3)如果下式得到满足Z0(Zf+f)＝Zf2(4)即当Zf＝f，Z0＝f/2时，则有ΔL＝|[Z0-3-(Zf+)/Zf4]R4/8|＝(Zf2-Z02)R4/8Z03Zf2(5)设需分辨的光源最小半径为r0，则有Rmax＝0.61Z0λ/r0(6)上述式中Zs-飞秒激光源1至波带片2的距离；Zf-小孔光阑3至探测器5的距离，Zf＝Z0+f；f-波带片2的焦距；R-探测器光斑的半径；
Z0-方形光阑4至探测器5的距离；r0-光源最小半径；Rmax-探测器上干涉图半径。
将上式中为Rmax代入(5)式，得ΔL＝(Zf2-Z02)(0.61Z0λ/r0)4/8Z03Zf2＝Z0(Zf2-Z02)(0.61λ/r0)4/8Zf2(7)因为波带片半径ρk和焦斑半径rf的关系为ρk＝0.61fλ/rf(8)ρk＝0.61fλZ0/Zfr0(9)代入具体数据假定飞秒激光源辐射波长λ＝800nm波带片焦距f选为20mm那么可以求得ρk＝6mm Zf＝20mm Z0＝10mm求得ΔL＝0.05μm从上面求得的结果可以看出，采用这种波带片进行空间相干性测试时，只要在适当位置放置光阑3和方孔光阑4就可以获得准等光程。这就意味着时间相干性对激光相干性的影响可以忽略不计，从而完成空间相干性的测量。
本实用新型的测试飞秒激光器空间相干性装置的最佳实施例如图1所示。它的构成是在光轴上依次有菲涅尔波带片2、小孔光阑3、其外轮廓小于波带片2的方孔光阑4、探测器5，该探测器5与计算机6相连，所述的小孔光阑3位于波带片2的焦点处，所述的方孔光阑4与小孔光阑3和方孔光阑4与探测器5的距离均为所述波带片2焦距的1/2。
所说的飞秒钛宝石激光器1，是一台待测激光空间相干性器件，辐射波长为800nm，输出脉宽100fs、输出能量1nj，带宽6nm。
所说的波带片2，是一块口径为6mm，焦距为20mm的菲涅尔波带片。
所说的光阑3是一个孔径为2mm光阑，它只能让飞秒钛宝石激光器1的一级衍射波和部分零级波通过，它放置在波带片2的焦点处，即距波带片2为20mm。
所说的方孔光阑4是一块边长为2mm的正方形光阑，它的作用是让透过波带片2的零级波和一级衍射波干涉，它放置在距小孔光阑3为10mm，距探测器CCD5为10mm。
所说的探测器5，是一个能探测800nm波段的CCD装置。用它来探测飞秒钛宝石激光器的形成干涉图形。
所说的计算机6是一台用来记录干涉图形的装置，并能实时给出干涉条纹能见度。
本实用新型测试飞秒激光器空间相干性装置的工作原理和基本过程是当飞秒钛宝石激光器1工作以后，入射到波带片2上产生衍射，一级衍射波和部分零级波通过光阑3和方孔光阑4，在探测器5上产生干涉条纹，被计算机记录和显示，给出干涉条纹能见度，由于是一个准等光程干涉装置，这就意味着时间相干性对激光相干性的影响可以忽略不计，一次就可探测到飞秒钛宝石激光器的空间相干性的数值。与在先技术相比本实用新型测试飞秒激光器空间相干性装置，由于是一个准等光程干涉装置，能一次性测量出飞秒宽带飞秒钛宝石激光器的空间相干性，既准确又能实时地进行显示。
权利要求1.一种测试飞秒激光器空间相干性装置，其特征在于它的构成是在一光轴上依次设有菲涅尔波带片(2)、小孔光阑(3)、其外轮廓小于波带片(2)的方孔光阑(4)和探测器(5)，该探测器(5)与计算机(6)相连，所述的小孔光阑(3)位于波带片(2)的焦点处，所述的方孔光阑(4)与小孔光阑(3)和方孔光阑(4)与探测器(5)的距离均为所述波带片(2)焦距的1/2。
2.根据权利要求1所述的测试飞秒激光器空间相干性装置，其特征在于所述的小孔光阑(3)是一个孔径为0.5-2mm光阑。
3.根据权利要求1所述的测试飞秒激光器空间相干性装置，其特征在于所述的探测器(5)是一个能探测飞秒激光器激光波段图像的CCD装置。
4.根据权利要求1、或2、或3所述的测试飞秒激光器空间相干性装置，其特征在于所述的波带片(2)的焦距的选择范围为5-50mm。
专利摘要一种测试飞秒激光器空间相干性装置，它的构成是在奕光轴上依次设有菲涅尔波带片、小孔光阑、其外轮廓小于波带片的方孔光阑、探测器，该探测器与计算机相连，所述的小孔光阑位于波带片的焦点处，所述的方孔光阑与小孔光阑和方孔光阑与探测器的距离均为所述波带片焦距的1/2。本实用新型能一次性测量出飞秒宽带飞秒钛宝石激光器的空间相干性，既准确又能实时地进行显示。
文档编号G01J11/00GK2739600SQ20042009098
公开日2005年11月9日 申请日期2004年10月13日 优先权日2004年10月13日
发明者高鸿奕, 陈建文, 朱化凤, 李儒新, 徐至展 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所