一种单发次亚纳秒激光脉冲波形测量装置的制作方法

本发明属于超快激光脉冲测试技术领域，具体涉及一种单发次亚纳秒激光脉冲波形测量装置。

背景技术：

目前，超快激光脉冲时间波形的测量主要采用frog、spider，这些方法恢复脉冲时间波形的算法繁杂，而通过测量激光脉冲的双延迟三阶相关函数来恢复脉冲波形是另一种测量方法。中国专利文献库公开了名称为《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），该专利采用光束正交旋转结合两次非线性谐波转换的级联技术产生双延迟三阶相关信号，通过递归算法获得单次超快激光的脉冲波形。中国专利文献库公开了名称为《一种超短激光脉冲测量装置》的实用新型专利（专利号：zl201721273442.9），该专利将被测光束与单次自相关倍频光束进行和频转换产生双延迟三阶强度相关信号的方法来获得单发次超快激光脉冲的时间波形。这些方法由于非线性晶体尺寸的限制，一般只能测量脉宽为几个皮秒范围内的激光脉冲。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种单发次亚纳秒激光脉冲波形测量装置。

本发明的单发次亚纳秒激光脉冲波形测量装置，其特点是：所述的测量装置中，在超快激光脉冲平行光束入射方向上依次设置有衍射光栅、反射镜ⅰ和分光镜ⅰ；激光脉冲通过衍射光栅衍射扩束，产生的脉冲前沿倾斜的基频光束经反射镜ⅰ反射至分光镜ⅰ后分成透射光和反射光；在分光镜ⅰ的反射光路设置有凸透镜ⅰ、凸透镜ⅱ、反射镜ⅱ、非线性晶体ⅰ和吸收片ⅰ，在分光镜ⅰ的透射光路设置有分光镜ⅱ；分光镜ⅰ的反射光经凸透镜ⅰ和凸透镜ⅱ组成的望远准直系统等比例倒像后投射到反射镜ⅱ，光束经反射镜ⅱ反射后投射到非线性晶体ⅰ，光束从非线性晶体ⅰ出射后被吸收片ⅰ吸收；分光镜ⅰ的透射光经分光镜ⅱ再次分成透射光和反射光；在分光镜ⅱ的透射光路设置有反射镜ⅲ、延迟调节器ⅰ、反射镜ⅳ、非线性晶体ⅰ和吸收片ⅱ，在分光镜ⅱ的反射光路设置有延迟调节器ⅱ、导光镜组、非线性晶体ⅱ和吸收片ⅲ；分光镜ⅱ的透射光经反射镜ⅲ反射后投射到延迟调节器ⅰ进行等光程调节，从延迟调节器ⅰ出射的光束经反射镜ⅳ反射后投射到非线性晶体ⅰ，光束从非线性晶体ⅰ出射后被吸收片ⅱ吸收；分光镜ⅱ的反射光经延迟调节器ⅱ进行等光程调节后投射到导光镜组进行光路偏转，从导光镜组出射的光束斜向下投射到非线性晶体ⅱ，光束从非线性晶体ⅱ出射后被吸收片ⅲ吸收；从反射镜ⅱ反射的水平基频光束与从反射镜ⅳ反射的水平基频光束以固定角度同时对称投射到非线性晶体ⅰ上进行倍频转换，产生的单次自相关倍频光束沿非线性晶体ⅰ表面法线方向出射，单次自相关倍频光束与从导光镜组斜向下出射的基频光束以固定角度同时投射到非线性晶体ⅱ上进行频率转换，产生的三倍频光束沿非线性晶体ⅱ表面法线方向出射；在三倍频光束方向上设置有成像透镜和ccd；来自非线性晶体ⅱ后表面上的三倍频光束经成像透镜成像到ccd，ccd接收的即为双延迟三阶相关信号；ccd外接计算机，来自ccd的双延迟三阶相关信号最后进入计算机进行数据处理。

所述的衍射光栅采用闪耀光栅。根据不同的入射激光脉冲宽度选用不同的闪耀角和光栅线对。

所述的导光镜组由上下两块导光镜构成；在基频激光脉冲传输方向上依次设置有导光镜ⅰ和导光镜ⅱ；导光镜ⅰ将入射水平光束垂直向上反射，导光镜ⅱ将垂直向上反射光束斜向下反射，导光镜组的出射光束方向与入射水平光束方向垂直。

所述的非线性晶体ⅰ和非线性晶体ⅱ皆采用非共线ⅰ类位相匹配，晶体光轴与晶体表面平行。根据不同的入射激光波长选用不同的晶体材料如bbo、kdp等。

本发明的单发次亚纳秒激光脉冲波形测量装置采用衍射光栅进行扩束和脉冲前沿倾斜，加大了非线性晶体内基频光束间的夹角，将测量范围从传统的几个皮秒扩大至数百皮秒。

附图说明

图1为本发明的单发次亚纳秒激光脉冲波形测量装置的光路示意图；

图2为本发明的单发次亚纳秒激光脉冲波形测量装置中的衍射光路示意图；

图3为本发明的单发次亚纳秒激光脉冲波形测量装置中的导光镜组光路示意图；

图4为本发明的单发次亚纳秒激光脉冲波形测量装置中的非线性频率转换光路示意图；

图中，1.衍射光栅2.反射镜ⅰ3.分光镜ⅰ4.凸透镜ⅰ5.凸透镜ⅱ6.反射镜ⅱ7.非线性晶体ⅰ8.吸收片ⅰ9.分光镜ⅱ10.反射镜ⅲ11.延迟调节器ⅰ12.反射镜ⅳ13.吸收片ⅱ14.延迟调节器ⅱ15.导光镜组16.非线性晶体ⅱ17.吸收片ⅲ18.成像透镜19.ccd1501.导光镜ⅰ1502.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。

如图1、2、4所示，单发次亚纳秒激光脉冲波形测量装置，在超快激光脉冲平行光束入射方向上依次设置有衍射光栅1、反射镜ⅰ2和分光镜ⅰ3；激光脉冲通过衍射光栅1衍射扩束，产生的脉冲前沿倾斜的基频光束经反射镜ⅰ2反射至分光镜ⅰ3后分成透射光和反射光；在分光镜ⅰ3的反射光路设置有凸透镜ⅰ4、凸透镜ⅱ5、反射镜ⅱ6、非线性晶体ⅰ7和吸收片ⅰ8，在分光镜ⅰ3的透射光路设置有分光镜ⅱ9；分光镜ⅰ3的反射光经凸透镜ⅰ4和凸透镜ⅱ5组成的望远准直系统等比例倒像后投射到反射镜ⅱ6，光束经反射镜ⅱ6反射后投射到非线性晶体ⅰ7，光束从非线性晶体ⅰ7出射后被吸收片ⅰ8吸收；分光镜ⅰ3的透射光经分光镜ⅱ9再次分成透射光和反射光；在分光镜ⅱ9的透射光路设置有反射镜ⅲ10、延迟调节器ⅰ11、反射镜ⅳ12、非线性晶体ⅰ3和吸收片ⅱ13，在分光镜ⅱ9的反射光路设置有延迟调节器ⅱ14、导光镜组15、非线性晶体ⅱ16和吸收片ⅲ17；分光镜ⅱ9的透射光经反射镜ⅲ10反射后投射到延迟调节器ⅰ11进行等光程调节，从延迟调节器ⅰ11出射的光束经反射镜ⅳ12反射后投射到非线性晶体ⅰ3，光束从非线性晶体ⅰ3出射后被吸收片ⅱ13吸收；分光镜ⅱ9的反射光经延迟调节器ⅱ14进行等光程调节后投射到导光镜组15进行光路偏转，从导光镜组15出射的光束斜向下投射到非线性晶体ⅱ16，光束从非线性晶体ⅱ16出射后被吸收片ⅲ17吸收；从反射镜ⅱ6反射的水平基频光束与从反射镜ⅳ12反射的水平基频光束以固定角度同时对称投射到非线性晶体ⅰ7上进行倍频转换，产生的单次自相关倍频光束沿非线性晶体ⅰ7表面法线方向出射，单次自相关倍频光束与从导光镜组15斜向下出射的基频光束以固定角度同时投射到非线性晶体ⅱ16上进行频率转换，产生的三倍频光束沿非线性晶体ⅱ16表面法线方向出射；在三倍频光束方向上设置有成像透镜18和ccd19；来自非线性晶体ⅱ16后表面上的三倍频光束经成像透镜18成像到ccd19，ccd19接收的即为双延迟三阶相关信号；ccd19外接计算机，来自ccd19的双延迟三阶相关信号最后进入计算机进行数据处理。

所述的衍射光栅1采用闪耀光栅。根据不同的入射激光脉冲宽度选用不同的闪耀角和光栅线对。

如图3所示，所述的导光镜组15由上下两块导光镜构成；在基频激光脉冲传输方向上依次设置有导光镜ⅰ1501和导光镜ⅱ1502；导光镜ⅰ1501将入射水平光束垂直向上反射，导光镜ⅱ1502将垂直向上反射光束斜向下反射，导光镜组15的出射光束方向与入射水平光束方向垂直。

所述的非线性晶体ⅰ7和非线性晶体ⅱ16皆采用非共线ⅰ类位相匹配，晶体光轴与晶体表面平行。根据不同的入射激光波长选用不同的晶体材料如bbo、kdp等。

实施例1

本实施例中，入射激光脉冲中心波长为1053nm，脉冲宽度约为50ps，能量约为10mj，光束口径约为2mm×20mm，水平偏振；衍射光栅1选用约3000线/mm，衍射光栅1将光束口径扩大至约30mm×20mm，产生的前沿倾斜量约为τ≈60ps；非线性晶体ⅰ7和非线性晶体ⅱ16皆选用kdp材料，皆采用非共线ⅰ类位相匹配方式，非线性晶体ⅰ7的光轴处于竖直方向，非线性晶体ⅱ16的光轴处于水平方向，非线性晶体ⅰ7竖直方向放置，非线性晶体ⅱ16与竖直面呈约10度倾斜放置；从反射镜ⅰ6反射的水平基频光束与从反射镜ⅳ12反射的水平基频光束以约30^o的夹角同时对称投射到非线性晶体ⅰ7上进行倍频转换，产生的单次自相关倍频光束沿非线性晶体ⅰ7表面法线方向出射，出射的水平单次自相关倍频光束以约10^o的角度、从导光镜组15斜向下出射的基频光束以约17^o的角度同时入射到非线性晶体ⅱ16进行频率转换，产生的三倍频光束沿非线性晶体ⅱ16表面法线方向出射；非线性晶体ⅱ16表面出射的三倍频光束经成像透镜18成像到ccd19，ccd19接收的信号即为双延迟三阶相关信号；来自ccd19的双延迟三阶相关信号最后进入计算机进行数据处理，获得激光脉冲波形信息。