CN107436197A - 大带宽、超小型单发自动测量飞秒激光脉宽的自相关仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大带宽、超小型单发自动测量飞秒激光脉宽的自相关仪，包括光圈、分光镜、反射镜、倍频晶体、矩阵CCD、电脑，待测激光脉冲通过光圈得到标准脉冲，再由分光镜将入射激光分成两束，在两束光之间引入一定的光延迟后在空间上合并、聚焦在倍频晶体上进行自相干，通过矩阵CCD来检测自相干脉冲并将检测到的数据传送到电脑上，通过电脑软件一系列处理得到去除背景光的脉冲强度分布曲线图和脉冲宽度等详细数据。本发明装置结构简单紧凑，测量精度高，可以测量单个激光脉冲的脉宽，操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及飞秒激光技术领域，具体涉及一种大带宽单发自动测量飞秒激光脉宽的自相关仪。
背景技术
随着飞秒激光在科研、工业领域的广泛应用，目前在物理学、生物学和化学领域中，利用飞秒激光脉冲产生射线源和观测各种动力学过程以及超快速现象，已成为一种崭新而有效的研究手段，相应的，需要在工作现场便捷、高效、准确的测量飞秒激光脉冲宽度的测量也显得尤为重要。目前经常采用自相关法，具有结构紧凑、调节简单，分辨率高，灵敏度高等特点，是飞秒激光脉冲宽度测量普遍采用的仪器。
自相关仪的测量原理是让两个相同脉冲产生时间差，使得这两个脉冲激光在倍频晶体中由于非线性效应产生倍频光，然后用CCD采集信号，通过不断调整两个脉冲激光的时间差，根据信号随时间差的变化，测量得到脉冲的宽度。这种方法需要机械原件调整多个脉冲的时间差，耗时较长，不能快速测量单个激光脉冲的宽度，而且为了产生脉冲时间差，需要的光学元件较多，导致仪器体积较大，成本较高。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷和改进需求，本发明目的是提供一种低成本，大带宽的超小型单发自动测量飞秒激光脉宽并且便于携带、工作稳定、测量精度较高的自相关仪。本发明通过分束把一个激光脉冲分为两个，让两个激光脉冲产生倍频光，通过测量倍频光强度的分布，由空间反推出脉冲激光的脉宽，利用本技术可以测量单个激光脉冲的宽度，具有快速高效、精度高的特点，而且所用元器件较少，体积小，便于携带，成本低。
大带宽、超小型单发自动测量飞秒激光脉宽的自相关仪，包括：光圈、分光镜，第一、二、三、四反射镜，倍频晶体、平凸透镜、矩阵CCD、处理器、精密平移台；。
本发明通过光学模块的优化设计、改进，使仪器体积小，重量轻，便于携带；通过优化光路，节省镜片，节约了大量的成本；通过自主开发测量软件，操作使用非常简单，拟合准确度较高，测量结果准确。非线性光学元件BBO采用超薄低色散的type II系列，测量角度范围广，测量更准确。
附图说明：
图1是本发明自相关仪结构图；
图2是本发明自相关仪局部结构图；
图3是本发明自相关仪测试到的实验结果；
具体实施方式：
为了使本发明自相关仪的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步详细说明。
光圈1、分光镜2、反射镜3-6，倍频晶体7、光圈8、平凸透镜9、矩阵CCD10、处理器11和精密平移台，首先待测激光脉冲通过光圈得到标准脉冲，再由分光镜将标准脉冲分为两束相同脉冲一束竖直向上反射，一束穿透；两束脉冲分别经过第反射镜3、4和反射镜5、6两条光路反射后汇聚到TypeⅡBBO晶体上，后在TypeⅡBBO晶体的垂直轴线后通过矩阵CCD检测倍频光脉冲，再将检测到的空间强度数据传给电脑，通过电脑计算得到单个激光脉冲宽度。
在上述的发明中光圈1，分光镜2，反射镜5、6在一个平面上；反光镜3、4，BBO 7，光圈8，凸透镜9，CCD 10在同一个平面上，两平面高度相差50mm，所述装置均固定在同一面包板上，反射镜4和6的反射光夹角为20°以内。
以下举一个具体实例：
测量一高斯激光脉冲，波长800nm附近，使用灰点CCD，像素大小为6微米×6微米，采用Labview编写并发布为可安装程序。通过调节位移平台，使两束光路产生光程差，图3是测试到的实验结果。利用软件处理此数据，把倍频光空间分布转化为脉冲的时间宽度，测得脉宽为77飞秒。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.大带宽、超小型单发自动测量飞秒激光脉宽的自相关仪，其特征在于，包括：光圈（1）、分光镜（2），第一、二、三、四反射镜（3、4、5、6），倍频晶体（7）、光圈（8）、平凸透镜（9）、矩阵CCD（10）、处理器（11）、精密平移台；
光圈（1），用于将待测激光脉冲调整为标准脉冲；分光镜（2）置于光圈（1）后方，用于将标准脉冲分为两束相同脉冲一束竖直向上反射，一束穿透；第一反射镜（3）用于将分光镜的反射过来的光偏振状态改变90°水平反射在第二反射镜（4）上；第二反射镜（4）用于将第一反射镜反射过来的光反射到TypeⅡ二倍频晶体上；第三、四反射镜（5、6）形成直角反射镜，用于将分光镜透射过来的激光与第二反射镜（4）的光叠合在二倍频晶体上；倍频晶体（7）用于使得两束相同脉冲产生倍频；光圈（8）用于过滤掉，除倍频信号外的其他光信号；凸透镜（9）用于放大倍频信号；矩阵CCD（10）用于采集倍频信号；处理器（11）用于依据矩阵CCD（10）采集的脉冲信号强度计算脉冲宽度；精密平移台用于放置第三、四反射镜（5，6），通过位置移动调整到第一个自相干点和第二个自相干点，用于矫正。
2.根据权利要求1所述的大带宽、超小型单发自动测量飞秒激光脉宽的自相关仪，其特征在于，具体为：
通过移动精密移动平台调整移动第三、四反射镜（5，6）的位置，从而调整两脉冲的时间延迟，调整到第一自相干点和第二个自相干点，用于矫正。
3.根据权利要求1所述的大带宽、超小型单发自动测量飞秒激光脉宽的自相关仪，其特征在于，具体为：
凸透镜（9）用于放大倍频信号，使测量到的空间信号清晰，便于转化为激光脉冲宽度信号。
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