专利名称：超短脉冲不同空间位置的时间脉宽测量系统及其测量方法
技术领域：
本发明涉及光电子技术领域，具体是一种超短脉冲不同空间位置的时间脉宽测量系统及其测量方法。
背景技术：
超短激光脉冲在介质中传输时，其电磁场会诱发介质折射率的改变，而介质折射率的改变又会反作用于光场，从而影响超短脉冲的相关传输特性，导致超短脉冲的空间分布、脉冲形状、偏振态和频谱发生变化，从而导致各种不同的非线性效应发生，例如自聚焦效应，该效应将会导致光学元器件的损伤甚至破坏。所以精确地测量出超短脉冲在介质中传输过程中的时空变化是非常有必要的，这样就有利于我们操控超短脉冲的传输。目前，在已有的文献和专利中还未曾报道过有合适的方法来精确测量超短脉冲传输过程中的时空变化。1977 年，J. Janszky 和 G. Corradi (Optics Commun.，Vol. 23，1977， 293-298)在提出利用单次自相关(Single Shot Autocorrelator，SSA)来测量超短脉冲的脉宽，该方法主要是将时间的测量转换成空间的测量，通过测量二次谐波倍频光的空间特性来得到基频光的脉冲宽度，该方法的实验装置比较简单方便。在利用SSA测量脉冲宽度时，前提是假设基频光空间上任意一点的脉宽都是相等的，实际上超短脉冲在非线性介质中传输时，由于色散和非线性效应的共同作用，基频光不同空间点上的脉冲宽度是不一样的，所以该方法不能精确地测量超短脉冲传输过程中的时空特性。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)，这两种方法能够测量脉冲的强度和相位特性，可以精确地测量很短的飞秒脉冲的形状，尤其是对小于IOfs光脉冲的振幅和相位能实现简单、可靠、严格的实时测量，但未曾报到过该方法可以精确地测量超短脉冲传输过程中的时空特性。在2007年，D. Polli利用泵浦探测技术方法来精确测量超快时间变化过程，2010年Y. B. Deng利用同步的超短脉冲方法来测量长脉冲的时域精细结构(Opt. Commun.，Vol. 284，2011，847)。在已有的专利中(专利号 03115175. 2)，该专利主要测量纳米结构等材料在超短脉冲激光作用下的超快过程；(专利号200610041571.5)，该专利主要是结合材料的介电常数和光束极化幅值两方面的探测， 实现对转变过程中物性参数的精确测量。由上可知，已有的技术方法可以精确测量光与物质相互作用过程时的超快时间反应和激光脉冲传输过程中的时间变化，但不能精确地测量超短脉冲整个空域中不同空间位置的时间变化过程。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种超短脉冲不同空间位置的时间脉宽测量系统及其测量方法，精确地测量超短脉冲整个空域中不同空间位置的时间变化过程。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种超短脉冲不同空间位置的时间脉宽测量系统，包括超短脉冲光源、分束镜、反射镜、光学延迟平台、非线性介质、狭缝、非线性和频晶体、精密探测器，超短脉冲光源产生的超短脉冲经分束镜产生两路光，一路为水平光路上的探测光，另一路为垂直光路上的泵浦光，探测光依次经光学延迟平台、第五反射镜、狭缝入射到非线性和频晶体；泵浦光依次经第三反射镜、第四反射镜、非线性介质入射到非线性和频晶体，非线性和频晶体产生的和频信号送入精密探测器；所述光学延迟平台包括第一反射镜和第二发射镜，第一反射镜和第二反射镜位于同一水平位置上；所述第五反射镜放置在电动旋转平移台上。所述超短脉冲光源采用钛宝石再生放大激光器。所述分束镜透射率为90%，反射率为10%。 所述反射镜为前表面镀银反射镜。
所述非线性介质为CS2。
所述非线性和频晶体为BBO晶体。 所述精密探测器为CXD Camera。超短脉冲不同空间位置的时间脉宽测量系统的时间脉宽测量方法的具体步骤 为1)将可调谐狭缝竖直放置或者横向放置，探测光经过狭缝以后，在空间上产生衍射条纹，用精密探测器探测探测光在非线性和频晶体前表面的空间分布情况，调节狭缝的宽度，使探测光经过狭缝后的中间主条纹空间分布最窄，边上的次级条纹非常弱，并且此时的光强最强；2)启动电动旋转平移台，使从第五反射镜反射出来的探测光左右或者上下扫描泵浦光；3)启动精密探测仪器，探测泵浦光和探测光在非线性和频晶体中产生的和频信号，测量超短脉冲经过介质传输后，其左右空间域或上下空间域中的时间变化过程。本发明的工作原理是从激光器出来的超短脉冲经过分束镜后分成探测光和泵浦光，假设这两路光的时空分布都为高斯型
权利要求
1.一种超短脉冲不同空间位置的时间脉宽测量系统，包括超短脉冲光源、分束镜、反射镜、光学延迟平台、非线性介质、狭缝、非线性和频晶体、精密探测器，其特征在于，超短脉冲光源产生的超短脉冲经分束镜产生两路光，一路为水平光路上的探测光，另一路为垂直光路上的泵浦光，探测光依次经光学延迟平台、第五反射镜、狭缝入射到非线性和频晶体；泵浦光依次经第三反射镜、第四反射镜、非线性介质入射到非线性和频晶体，非线性和频晶体产生的和频信号送入精密探测器；所述光学延迟平台包括第一反射镜和第二发射镜，第一反射镜和第二反射镜位于同一水平位置上；所述第五反射镜放置在电动旋转平移台上。
2.根据权利要求1所述的超短脉冲不同空间位置的时间脉宽测量系统，其特征在于， 所述超短脉冲光源采用钛宝石再生放大激光器。
3.根据权利要求1所述的超短脉冲不同空间位置的时间脉宽测量系统，其特征在于， 所述分束镜透射率为90%，反射率为10%。
4.根据权利要求1所述的超短脉冲不同空间位置的时间脉宽测量系统，其特征在于， 所述反射镜为前表面镀银反射镜。
5.根据权利要求1所述的超短脉冲不同空间位置的时间脉宽测量系统，其特征在于， 所述非线性介质为CS2。
6.根据权利要求1所述的超短脉冲不同空间位置的时间脉宽测量系统，其特征在于， 所述非线性和频晶体为BBO晶体。
7.根据权利要求1所述的超短脉冲不同空间位置的时间脉宽测量系统，其特征在于， 所述精密探测器为CXD Camera。
8.一种利用权利要求1所述的超短脉冲不同空间位置的时间脉宽测量系统的时间脉宽测量方法，其特征在于，该方法的具体步骤为1)将可调谐狭缝竖直放置或者横向放置，探测光经过狭缝以后，在空间上产生衍射条纹，用精密探测器探测探测光在非线性和频晶体前表面的空间分布情况，调节狭缝的宽度， 使探测光经过狭缝后的中间主条纹空间分布最窄，边上的次级条纹非常弱，并且此时的光强最强；2)启动电动旋转平移台，使从第五反射镜反射出来的探测光左右或者上下扫描泵浦光；3)启动精密探测仪器，探测泵浦光和探测光在非线性和频晶体中产生的和频信号，测量超短脉冲经过介质传输后，其左右空间域或上下空间域中的时间变化过程。
全文摘要
本发明公开了一种超短脉冲不同空间位置的时间脉宽测量系统及其测量方法，超短脉冲全空域中不同空间位置的时间脉宽测量系统包括超短脉冲光源、分束镜、反射镜、光学延迟平台、非线性介质、狭缝、非线性和频晶体、精密探测器，本发明利用泵浦-探测技术实现超短脉冲在非线性传输过程中的整个空域中不同空间位置的时间变化过程精确测量，能够简单、方便、快捷地测量出超短脉冲在传输时整个空域中不同空间位置的时间变化过程，并且测量精度高。
文档编号G01J11/00GK102353465SQ20111030078
公开日2012年2月15日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者傅喜泉, 文双春, 谭超, 邓杨保 申请人:湖南大学