[发明专利]一种对种子光信号进行超快时间分辨测量的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种对飞秒激光脉冲进行快速测量与时间分辨的方法及装置，特别是关于一种对种子光信号进行超快时间分辨测量的方法及装置。

背景技术

飞秒(femtosecond，缩写为fs，1fs＝10^-15s)激光脉冲由于具有精度极高的时间分辨力，因而已成为当今人们研究超快瞬态现象的极重要甚至是唯一的手段。在需求这一强大动力的牵动下，人们不仅对这类脉冲的产生技术感兴趣，而且对其自身性能的基础研究工作也越来越关注。也正是在一些带有前瞻性的基础研究支撑下，一些波长可调、带宽脉宽理想、能量极高的超快超强激光脉冲产生设备陆续出现，并应用于越来越多的相关技术领域，促进了这些领域的技术进步。

九十年代后，基于非线性晶体光参量效应的光参量器件出现，脉宽在几十飞秒的克尔镜锁模钛蓝宝石激光器也出现了商业化产品，从而使时间分辨激光光谱技术进入飞秒阶段，并被广泛应用于半导体材料动力学、有机及生物分子的反应动力学、相干反应控制等自然科学领域的研究中。由于电子器件受本身响应速度的限制，传统的时间分辨光谱技术，例如快速光电探测器、宽带示波器、单光子计数系统、条纹相机系统等，它们的时间分辨能力较低，只能达到几个皮秒(ps，1ps＝10^-12s)的量级，不能直接用于测量飞秒激光的脉冲宽度。因此，需要通过全光学的方式找出具有飞秒超快时间分辨能力的探测系统。

为了解决传统技术时间分辨能力低的问题，近年来人们开发了“时间分辨荧光上转换技术(Fluorescence Up-Conversion)”和“光克尔门技术(Optical KerrGate)”等荧光超快光谱学技术。前者具有与所用飞秒脉冲宽度相同的时间分辨能力，但对于光学系统的精密调节要求高，而且对荧光光谱的探测是单波长探测，探测区域在紫外光波段；后者由于以有机溶剂作为工作介质，时间分辨能力仅为亚皮秒。此外，由于这两种方法在探测中只利用到一部分荧光，而且对弱荧光都不敏感，因而在低荧光量子产率的探测中受到很大限制。

随着科技进步，一些具有优良性能的非线性光参量效应的光参量晶体器件(例如偏硼酸钡BBO等)出现了，以它们为材料的光学振荡器(Optical ParametricOscillator，缩写为OPO)和光学参量放大器(Optical Parametric Amplifier，缩写为OPA)相继发明。由于它们的可连续调谐范围宽(从红外到紫外)、转换效率比较高，以及全固态便于操作等特点，颇得业内人士的青睐，并分成了两个互有联系、又有许多重要差别的研究分支，我们不妨称之为“基于OPA的光源产生系统”和“基于OPA的超快光谱学方法”。这两个研究分支虽然都是基于参量放大系统的原理，但它们却有不同的侧重：前者主要侧重于对“超快超强飞秒激光脉冲产生方法”的研究，而后者则主要侧重于对“放大的种子光信号”进行“高精度超快时间分辨方法”的研究。由于受许多领域对超快超强飞秒激光脉冲需求的牵动，在此之前人们更多关注的是对前者的研究，因而这一研究分支发展较快；而后一研究分支的发展就相对缓慢，不仅关注的人较少，而且能见的相关技术资料也很少。