[发明专利]用于四波混频实验的自稳分光技术

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于四波混频实验中的自稳分光技术。

背景技术：

简并四波混频(degenerate four-wave mixing，DFWM)光谱技术与其他光谱技术(如LIF、CARS)相比，具有高灵敏度，高分辨率，高信噪比等优点，被广泛用于痕量原子、分子以及自由基的测量。同时，由于DFWM光谱技术具有很好的抗背景干扰能力，DFWM还被用于燃烧火焰中痕量元素的探测以及燃烧温度的测量。自1986年Ewart等人首次采用DFWM光谱技术探测了大气压下的甲烷—空气燃烧火焰中OH基的弱吸收以来，DFWM光谱技术在实验室研究方面取得了很大的进展。Farrow等人采用该技术，获得了H₂-O₂-N₂燃烧火焰中NOA²∑⁺←X²Π谱带的DFWM光谱，信噪比高达2000，灵敏度～400ppm；Meijer等人利用前向布局的DFWM技术，获得了COa³Π，v′＝2←X¹∑⁺，v″＝0谱带的跃迁，以及H2的双光子跃迁；Nyholm利用前向DFWM技术实现了对燃烧火焰中OH的二维成像。GrantAJ等人尝试采用前向DFWM技术测量发动机打火过程中的产物NO。

三束相同频率的激光E₁、E₂、E₃沿一端面为正方形的长方体的三个对角线以一很小的角度传播并重叠于非线性介质中，根据相位匹配原理，产生的DFWM信号将沿长方体剩下的一条对角线传播。为了保持输出DFWM信号稳定，关键是使E₁、E₂和E₃能够稳定的重叠与一点，这就要求三束激光之间保持稳定的相对关系，这三束光一般由同一光源分束得到。

光束2和3由光束1经分束镜BS和全反镜M来获得，假设开始光束2与光束3平行，经透镜会聚可交于一点。采用传统的分光技术图2，当光束1有一个微小漂移δ，光束3沿同一方向漂移δ，但由于分束镜的两个光学面并非严格平行，而是有很小的楔角，所以光束2的漂移δ′≠δ，由此可见，由于光束1漂移后，光束2与光束3将不再平行，经透镜会聚后也不会很好的重合，这样很就难得到稳定的DFWM信号光。

DFWM光谱技术要真正走向实用化，必须解决光路的稳定性问题。一般情况下，由工作环境的变化(特别是温度的变化)会造成激光光束在空间传播方向上存在微小漂移，而DFWM要求泵浦的三束激光严格重叠与一点，重叠区截面大约百微米量级；如果入射的三束泵浦激光之间有微小漂移，都将导致输出DFWM信号的不稳定甚至消失。可见，如果不解决光路的稳定性问题，DFWM光谱技术就难以获得实际的应用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种得到稳定的DFWM信号光的用于四波混频实验中的自稳分光技术。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

用于四波混频实验中的自稳分光技术，其组成包括：两个全反镜、两个特制的分束镜，所述的分束镜BS₁和全反镜M₁平行放置并与由染料激光器输出的激光光束方向成45度角，激光光束V经过分束镜BS₁分束后，经全反射镜M₁-分束镜BS₂-全反射镜M₁-分束镜BS₂-全反镜M₂从而形成四束光传播方向相同且又相互平行、在空间上垂直、传播方向形成一个长方形，通过调整两个全反镜(M)和两个特制的分束镜(BS)之间的距离，形成正方形，经过聚焦透镜f₁聚焦后，四束光的光斑重叠在一起。