r>[0025] 图4为本发明实施例1中模拟光谱仪记录的二维干涉图形；
[0026] 图5为本发明实施例1中模拟二维干涉图形的频域空间分布；
[0027] 图6为本发明实施例1中模拟重建的条纹移动随波长的变化。
[0028] 图7为本发明实施例2中飞秒激光驱动冲击波中自由面速度测量的啁啾脉冲速度 干涉仪工作原理图
[0029] 其中：1、飞秒激光器；2、分束片；3、反射镜；4、反射镜；5、反射镜；6、反射镜；7、凸 透镜；8、反射镜；9、起偏器；10、脉冲展宽器；11、反射镜；12、偏振分光棱镜；13、时间延迟 器；14、反射镜；15、反射镜；16、偏振分光棱镜；17、反射镜；18、凸透镜；19、待测样品；20、 偏振分光棱镜；21、光程补偿兀件；22、反射镜；23、反射镜；24、偏振分光棱镜；25、检偏器； 26、成像型光谱仪。
【具体实施方式】
[0030] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的【具体实施方式】做详细的说明。
[0031] 在下面的描述中使用了很多具体的参数以便于充分理解本发明，但是这些参数只 是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。
[0032] 实施例1
[0033] 图1所示，本发明的一种啁啾脉冲速度干涉仪，超连续脉冲激光器1输出一定中心 波长的超连续激光脉冲，通过宽带滤波器2后滤成所需带宽的激光脉冲，再利用起偏器3和 脉冲展宽器4将其变为线偏振的线性啁啾脉冲。啁啾脉冲经过反射镜5后，被偏振分光棱 镜6分成偏振方向相互垂直的S偏振光和P偏振光，其中，S偏振光通过时间延迟器7和反 射镜8到达偏振分光棱镜10, P偏振光被反射镜9反射后，通过偏振分光棱镜10与S偏振 光实现合束，时间延迟器7使合束后的S偏振光落后于P偏振光传输。凸透镜12将合束光 聚焦在待测样品表面13,根据多普勒原理，样品表面的运动使其反射光产生多普勒频移，频 移量多少反映了表面速度的大小。凸透镜12收集并准直反射光，准直光束经过反射镜11 和偏振分光棱镜14后，S、P偏振光再次分开，分别进行传输，其中，S偏振光通过反射镜17 到达偏振分光棱镜18,另一路P偏振光则通过光程补偿元件15和反射镜16到达偏振分光 棱镜18,光程补偿元件15是与时间延迟器7相同的元件，用于补偿两路光之间的延迟时间 差，使它们实现同步传输。s、P偏振光通过偏振分光棱镜18后，以一定的夹角进行同向传 输，经历检偏器19进入成像型光谱仪20,从而记录到二维的干涉图像，检偏器19使S、P偏 振光产生相同偏振成分的光束，使之可以进行相干叠加，旋转检偏器19使其透振方向与起 偏器3成45°夹角，干涉条纹可以获得良好的对比度。
[0034] 以上对本发明的啁啾脉冲速度干涉仪的光路排布进行了详细的描述，为了更好的 理解本发明的测量原理，以下将对本发明啁啾脉冲速度干涉仪测速的过程进行数值模拟。
[0035] 在本实施例中，啁啾脉冲的中心波长为\ = 400nm，带宽Λ λ = 60nm，脉宽τ。 =300ps ;S偏振光和P偏振光之间的延迟时间差为40ps ;成像型光谱仪的最小波长分辨为 0· 3nm，摄谱宽度120nm。
[0036] 图2中的实线为模拟给定的待测样品表面速度，当S偏振和P偏振的线性啁啾脉 冲被此速度界面反射时，根据多普勒原理和线性啁啾脉冲的性质（脉冲波长和时间呈一一 对应关系），脉冲光谱中产生相应的波长移动，如图3所示，其中，P偏振光的中心波长与图 2中的时间零点同步。在到达样品表面之前，S偏振光因经历时间延迟器7而落后于P偏振 光传输，所以，对于相同的光谱成分，后者要先于前者到达样品表面，即S偏振光和P偏振光 中的相同频谱成分经历了不同的多普勒频移，参考图3所示。P偏振光通过光程补偿元件 15(与时间延迟器7相同）后，两束光在时间上同步传输。当它们以一定的夹角进行拍频干 涉（两束光中相同频谱成分之间的干涉），并被光谱仪色散记录时，S、P偏振光之间的多普 勒频移差使条纹产生了移动，如图4所示，条纹沿着光谱轴方向发生弯曲。
[0037] 图5是沿着X方向（光谱仪狭缝方向）对图4作傅立叶变换的结果。可以看出， 图5由三条直线构成，其中，中间的直线称为直流背景信号，它不包含任何待测速度信息； 两边对称分布的直线是一对共轭的交流信号，且任意一个交流项都含有待测速度的全部信 息。选择滤波函数将其中的一项交流信号滤出，并对其作傅立叶逆变换，这时得到一个复函 数，从中除去固有位相差，然后进行位相提取、位相解缠绕和位相条纹数转化等操作，最后 得到随波长变化的条纹移动数，如图6所示。图2中的虚线为根据条纹移动变化率导出的 速度信号，与模拟给定的速度信号（图2中的实线）吻合的很好。本实施例的最小时间分 辨为
【主权项】
1. 一种啁啾脉冲速度干涉仪，其特征在于，含有下列光学元器件： 宽带脉冲激光光源、起偏器、脉冲展宽器、反射镜、偏振分光棱镜、时间延迟器、凸透镜、 待测样品、光程补偿元件、检偏器和成像型光谱仪。 光束的传输过程是，宽带脉冲激光光源输出的激光脉冲通过起偏器成为线偏振光，然 后被脉冲展宽器展宽为线性啁啾脉冲。当啁啾脉冲传播通过偏振分光棱镜时，分为偏振方 向相互垂直的S偏振光和P偏振光，其中，S偏振光传播过程中多经历一个时间延迟器，从 而落后于P偏振光传输，凸透镜将两束光先后聚焦在样品表面，并收集和准直散射光，准直 光束中的P偏振光通过一个光程补偿兀件实现与S偏振光的同步传输。最后，S、P偏振光 通过检偏器产生相同偏振的光束，并以一定的夹角进行拍频干涉，产生的干涉条纹进入成 像型光谱仪。
2. 根据权利要求1所述的啁啾脉冲速度干涉仪，其特征在于，所述宽带脉冲激光光源 为超连续脉冲激光器或飞秒激光器，其中超连续光源具有较宽的光谱范围，中心波长可调。
3. 根据权利要求1所述的啁啾脉冲速度干涉仪，其特征在于，所述脉冲展宽器为光栅 展宽器、色散玻璃或其它光学色散元件中的一种。
4. 根据权利要求3所述的脉冲展宽器，其特征在于，改变展宽器参数可调节啁啾脉冲 的脉宽。
5. 根据权利要求1所述的啁啾脉冲速度干涉仪，其特征在于，待测样品表面处于凸透 镜的焦平面上。
6. 根据权利要求1所述的啁啾脉冲速度干涉仪，其特征在于，光程补偿元件与时间延 迟器的参数相同，包括材料种类、品质和厚度等。
7. 根据权利要求1所述的啁啾脉冲速度干涉仪，其特征在于，起偏器和检偏器的透振 方向成45°夹角。
8. 根据权利要求1所述的啁啾脉冲速度干涉仪，其特征在于，成像型光谱仪记录的图 像为二维干涉条纹，光谱轴沿条纹方向垂直于狭缝。
【专利摘要】本发明公开了一种啁啾脉冲速度干涉仪。该干涉仪中：宽带脉冲激光光源输出的宽带激光脉冲，经过起偏器和脉冲展宽器后变成线偏振的线性啁啾脉冲；线性啁啾脉冲通过偏振分光棱镜产生偏振方向相互垂直的S偏振光和P偏振光，它们先后入射到被测样品表面；反射光以一定的夹角进行拍频干涉，由成像型光谱仪记录产生的拍频干涉条纹。所述S偏振光和P偏振光入射到样品表面前具有一定的延迟时间差，被样品表面反射后，通过光程补偿实现同步传输；所述起偏器和检偏器的透振方向相互垂直。本发明啁啾脉冲速度干涉仪可以实现亚皮秒量级的时间分辨，相应的记录系统为成像型光谱仪，避免了使用昂贵的条纹相机记录系统，从而有效控制了测试系统成本。
【IPC分类】G01N21-45, G01P3-68
【公开号】CN104730279
【申请号】CN201310706464
【发明人】谷渝秋, 范伟, 吴玉迟, 朱斌, 税敏, 单连强
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年12月20日