一种单次飞秒激光脉冲波形测量装置的制作方法

本发明属于超快脉冲激光测试，具体涉及一种单次飞秒激光脉冲波形测量装置。

背景技术：

1、利用飞秒激光脉冲的双延迟三阶强度相关信号能够准确提取出脉冲的时间波形，该方法是不同于frog、spider的另一种超快脉冲波形测量方法，名称为《基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置》的发明专利(专利号：zl 201610549016.7)和名称为《一种超短激光脉冲波形测量装置》的发明专利(专利号：zl 201610548538.5)公开了一种通过测量双延迟的三阶强度相关信号来获得脉冲波形的方法，这些装置采用了先倍频后和频的级联式二阶非线性谐波变换技术获取双延迟三阶强度相关信号，需要进行两次非线性变换，一方面增加了调试难度，另一方面降低了装置测量的时间分辨力。

技术实现思路

1、为了克服现有的测量技术在飞秒激光脉冲波形测量中调试复杂、时间分辨力有限的不足，本发明提供一种单次飞秒激光脉冲波形测量装置。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、本发明的一种单次飞秒激光脉冲波形测量装置，其特点是，所述的测量装置中，在竖直偏振的空间均匀的被测飞秒激光脉冲入射方向上依次设置分光镜ⅰ、分光镜ⅱ；被测飞秒激光脉冲通过所述的分光镜ⅰ分成透射光和反射光，透射光经分光镜ⅱ再一次分成透射光和反射光；在分光镜ⅰ的反射光路上依次设置有延迟调节器ⅰ、反射镜ⅰ、反射镜ⅱ、反射镜ⅲ、反射镜ⅳ、非线性晶体；从分光镜ⅰ反射的光束经延迟调节器ⅰ进行光程调节后依次经反射镜ⅰ、反射镜ⅱ、反射镜ⅲ和反射镜ⅳ反射传输后投射到非线性晶体；在分光镜ⅱ的反射光路上设置有反射镜ⅴ、延迟调节器ⅱ、反射镜ⅵ、反射镜ⅶ、非线性晶体；从分光镜ⅱ反射的光束经反射镜ⅴ反射至延迟调节器ⅱ进行光程调节后依次经反射镜ⅵ、反射镜ⅶ反射传输后投射到非线性晶体；在分光镜ⅱ的透射光路上依次设置有反射镜ⅷ、延迟调节器ⅲ、导光镜组、非线性晶体；从分光镜ⅱ透射的光束经反射镜ⅷ反射到延迟调节器ⅲ进行光程调节后投射到导光镜组，从导光镜组出射的、被拔高的光束斜向下投射到非线性晶体，来自导光镜组的光束与来自反射镜ⅳ和来自反射镜ⅶ的光束在非线性晶体内相交并进行三倍频转换；在非线性晶体后沿表面法线方向依次设置衰减滤波片、成像镜组、ccd；从非线性晶体表面法线方向输出的三倍频光束经衰减滤波片衰减滤波后进入成像镜组，成像镜组将非线性晶体表面的三倍频光束近场成像到ccd；ccd外接计算机，来自ccd的信号最后进入计算机进行数据处理。

4、所述的反射镜ⅳ安装在旋转台ⅰ中心，旋转台ⅰ安装在平移台ⅰ中心；旋转台ⅰ和平移台ⅰ相结合，可使反射镜ⅳ沿竖直y轴方向旋转和沿x轴方向平移，保障出射光束与yz竖直平面的夹角精度。

5、所述的反射镜ⅶ与反射镜ⅳ沿yz竖直平面呈镜面对称放置，安装结构与反射镜ⅳ相同，功能相同。

6、所述的非线性晶体安装在旋转镜框中心，旋转镜框固定在旋转台ⅲ中心，旋转台ⅲ安装在平移台ⅲ中心；非线性晶体通过旋转镜框架可绕晶体表面法线方向转动，通过旋转台ⅲ可绕x轴方向转动，通过平移台ⅲ可绕y轴方向上下移动；所述措施保证了三束入射光束相交于非线性晶体中心并满足角度位相匹配关系。

7、所述的导光镜组由上下正交的反射镜ⅸ、反射镜ⅹ、以及竖直导轨、旋转台ⅳ构成；在基频激光脉冲传输方向上依次设置有反射镜ⅸ、反射镜ⅹ；反射镜ⅸ将来自水平x轴方向的入射光束沿y轴方向垂直向上反射，反射镜ⅹ将来自反射镜ⅸ的垂直向上反射光束在yz竖直平面内斜向下反射至非线性晶体；反射镜ⅹ安装在旋转台ⅳ中心，旋转台ⅳ可沿x轴方向转动，旋转台ⅳ固定在竖直导轨上，可沿y轴方向上下移动，旋转台ⅳ和竖直导轨相结合，可调节反射镜ⅹ的位姿，保障出射光束与xz水平面的夹角α。

8、本发明的有益效果是：

9、1.本发明的测量装置采用单块非线性晶体，成本低，采用单块非线性晶体缩短了非线性变换距离，提高了带宽，从而提高了时间分辨力。

10、2.本发明的测量装置采用平移台和旋转台相结合调整非线性谐波变换的入射光束位姿，调节方便；

11、3.本发明的测量装置采用旋转非线性晶体适应入射被测光束的偏振态，无需插入偏振元件，提高了装置的紧凑性和适应能力。

技术特征：

1.一种单次飞秒激光脉冲波形测量装置，其特征是：所述的装置中，在竖直偏振的空间均匀的被测飞秒激光脉冲入射方向上依次设置分光镜ⅰ(1)、分光镜ⅱ(2)；被测飞秒激光脉冲通过所述的分光镜ⅰ(1)分成透射光和反射光，透射光经分光镜ⅱ(2)再一次分成透射光和反射光；在分光镜ⅰ(1)的反射光路上依次设置有延迟调节器ⅰ(3)、反射镜ⅰ(4)、反射镜ⅱ(5)、反射镜ⅲ(6)、反射镜ⅳ(7)、非线性晶体(8)；从分光镜ⅰ(1)反射的光束经延迟调节器ⅰ(3)进行光程调节后依次经反射镜ⅰ(4)、反射镜ⅱ(5)、反射镜ⅲ(6)和反射镜ⅳ(7)反射传输后投射到非线性晶体(8)；在分光镜ⅱ(2)的反射光路上设置有反射镜ⅴ(9)、延迟调节器ⅱ(10)、反射镜ⅵ(11)、反射镜ⅶ(12)、非线性晶体(8)；从分光镜ⅱ(2)反射的光束经反射镜ⅴ(9)反射至延迟调节器ⅱ(10)进行光程调节后依次经反射镜ⅵ(11)、反射镜ⅶ(12)反射传输后投射到非线性晶体(8)；在分光镜ⅱ(2)的透射光路上依次设置有反射镜ⅷ(13)、延迟调节器ⅲ(14)、导光镜组(15)、非线性晶体(8)；从分光镜ⅱ(2)透射的光束经反射镜ⅷ(13)反射到延迟调节器ⅲ(14)进行光程调节后投射到导光镜组(15)，从导光镜组(15)出射的、被拔高的光束斜向下投射到非线性晶体(8)，来自导光镜组(15)的光束与来自反射镜ⅳ(7)和来自反射镜ⅶ(12)的光束在非线性晶体(8)内相交并进行三倍频转换；在非线性晶体(8)后沿表面法线方向依次设置衰减滤波片(16)、成像镜组(17)、ccd(18)；从非线性晶体(8)表面法线方向输出的三倍频光束经衰减滤波片(16)衰减滤波后进入成像镜组(17)，成像镜组(17)将非线性晶体(8)表面的三倍频光束近场成像到ccd(18)；ccd(18)外接计算机，来自ccd(18)的信号最后进入计算机进行数据处理。

2.根据权利要求1所述的单次飞秒激光脉冲波形测量装置，其特征是：所述的反射镜ⅳ(7)安装在旋转台ⅰ(19)中心，旋转台ⅰ(19)安装在平移台ⅰ(20)中心；旋转台ⅰ(19)和平移台ⅰ(20)相结合，可使反射镜ⅳ(7)沿竖直y轴方向旋转和沿x轴方向平移；所述的反射镜ⅶ(12)与反射镜ⅳ(7)沿yz竖直平面呈镜面对称放置，安装结构与反射镜ⅳ(7)相同，功能相同。

3.根据权利要求1所述的单次飞秒激光脉冲波形测量装置，其特征是：所述的非线性晶体(8)安装在旋转镜框(23)中心，旋转镜框(23)固定在旋转台ⅲ(24)中心，旋转台ⅲ(24)安装在平移台ⅲ(25)中心；非线性晶体(8)通过旋转镜框架(23)可绕晶体表面法线方向转动，通过旋转台ⅲ(24)可绕x轴方向转动，通过平移台ⅲ(25)可绕y轴方向上下移动。

4.根据权利要求1所述的单次飞秒激光脉冲波形测量装置，其特征是：所述的导光镜组(15)由上下正交的反射镜ⅸ(15-1)、反射镜ⅹ(15-2)、以及竖直导轨(15-3)、旋转台ⅳ(15-4)构成；在基频激光脉冲传输方向上依次设置有反射镜ⅸ(15-1)、反射镜ⅹ(15-2)；反射镜ⅸ(15-1)将来自水平x轴方向的入射光束沿y轴方向垂直向上反射，反射镜ⅹ(15-2)将来自反射镜ⅸ(15-1)的垂直向上反射光束在yz竖直平面内斜向下反射至非线性晶体(8)；反射镜ⅹ(15-2)安装在旋转台ⅳ(15-4)中心，旋转台ⅳ(15-4)可沿x轴方向转动，旋转台ⅳ(15-4)固定在竖直导轨(15-3)上，可沿y轴方向上下移动，旋转台ⅳ(15-4)和竖直导轨(15-3)相结合，可调节反射镜ⅹ(15-2)的位姿。

技术总结
一种单次飞秒激光脉冲波形测量装置。被测的竖直偏振的空间均匀的被测飞秒激光脉冲经过分光镜后分成透射光和反射光，透射光再分成两束，三路光束沿正三棱柱棱边以相同角度等光程入射到非线性晶体进行三阶非线性谐波变换，产生的三次谐波光束即为被测脉冲的、经过时空变换的双延迟三阶强度相关信号，再通过图像解码从而获得脉冲波形信息。本发明的测量装置提高了时间分辨力，成本低、调节方便。

技术研发人员：夏彦文,卢宗贵,董军,宗兆玉,赵军普,张波
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院激光聚变研究中心
技术研发日：
技术公布日：2025/2/13