[实用新型]超短脉冲宽度测试仪

说明书

技术领域

本实用新型为一种集成化程度高、操作简便、具有高性能价格比的超短脉冲宽度测试仪器，属于光电子技术与器件领域。

背景技术

飞秒激光技术与器件是目前激光技术及应用领域最重要和最活跃的科学研究、高技术产业领域。飞秒脉冲激光已广泛地应用于生物学、化学、纳米材料学、凝聚态物理学等科学研究领域，新型激光器件的开发和激光微加工等工业领域，以及军事领域等。与之相应的超强激光器件、超快激光光谱学技术已经成为目前科学研究和新技术开发中不可或缺的研究工具。

飞秒激光脉冲的突出特点在于其瞬态高强度特性。我们通常所指的飞秒激光脉冲的宽度一般在200飞秒以下，即其持续时间短于200×10^-15秒。如此短的光脉冲是常用的测试设备(如高频示波器等)所无法直接响应和分辨的，因此只能借助于间接的测量方案，通常的方案是将时间的测量转换为空间的测量。目前常用的测量方法有：自相关法、频率分辨光学开关法(FROG)、自参考光谱相位相干电场重建法(SPIDER)。FROG和SPIDER可以详细给出脉冲的强度与相位，但是需要较为复杂的光学系统并经过繁琐的数据处理后才能获取相关的超短脉冲信息。但在通常情况下，我们最关心和最需要了解的是脉冲的宽度。自相关法可以以最快的速度或实时地直接给出脉冲的宽度，因此是超快激光实验室必备的测试仪器和表征工具。基于自相关法的原理，目前国际市场上已有多种产品，但是光学设计和调节过程复杂，测试过程技术要求高、周期长，体积大是这些产品的主要弊端。由于其技术原理和器件结构复杂，目前国际市场上的自相关测试仪器价格昂贵，难以作为实验室的日常仪器购置、使用。

实用新型内容

针对现有飞秒脉冲自相关仪的上述问题，本实用新型提供了一种结构简单、新颖，调节方便，体积小，成本低的超短脉冲宽度测试仪器，为飞秒激光脉冲提供一种简单高效的脉宽测量装置，具有重要的实用价值和和经济效益。

本实用新型提供了一种超短脉冲宽度测试仪，其特征在于，依次包括：

两片对于待测激光为透明且厚度在毫米量级的相同的片状材料FS1，FS2、凹面反射镜CM1、非线性晶体NL、针孔光阑PA、凹面反射镜CM2、光电探测器PD、入射光脉冲的自相关特征曲线显示装置OSC；

其中片状材料FS1和FS2互相垂直并且上下固定在一个转子上，转子连接直流电机驱动，片状材料FS1和FS2在直流电机的带动下在片状材料FS1和FS2确定的平面内旋转；

待测激光平行于片状材料FS1和FS2确定的平面且以片状材料FS1和FS2的交点为对准中心入射，并通过片状材料FS1、FS2，分成上下两束。当片状材料FS1和FS2在平面内周期性的旋转时，上下两束光由于经过FS1和FS2的光程不同，其延时也呈现周期性的变化，从而实现延时的扫描。片状材料FS1和FS2通过的两束光平行但高度不同，当它们入射至凹面反射镜CM1聚焦时将在凹面反射镜CM1的焦点交叉，在凹面反射镜CM1的焦点放置非线性晶体NL，使得两束光可以在非线性晶体NL中产生和频；经由非线性晶体NL出射的激光，包含基波，各自倍频光与和频光；

采用针孔光阑PA将基波与各自倍频光滤除，只透过和频光，经另一凹面反射镜CM2准直，入射至光电探测器PD，光电探测器PD将光信号转化为电信号并将输入显示装置OSC进行处理显示，即获得入射光脉冲的自相关特征曲线。

应用上述超短脉冲宽度测试仪进行测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据入射光脉冲的自相关特征曲线确定自相关波形中半峰值处的时间间隔Δt；以及两自相关的时间间隔T，从而得到直流电机的角速度为ω＝2π/T；

2)由Δt和角速度ω得到直流电机转过的角度θ＝ω×Δt/2；

3)将直流电机转过的角度θ代入以下公式，得到真正的延时Δτ；

其中

n为熔石英的折射率，c为光速，d为片状材料FS1和FS2的厚度。

与传统自相关仪相比，本实用新型的主要特点有：

1、不需要复杂的调节过程，光路总长度可缩至15cm以下，易于操作，系统的抗干扰能力强，信号对比度高，可靠性好；

2、自动实现对激光脉冲延迟的扫描，极大简化并缩短了测量的时间；

3、光学和机械元器件少，结构紧凑，体积小，便于携带和移动；

同时，大大降低了光学损耗，提高了系统效率和灵敏度；

4、成本低廉，适合作为超快光学实验室的常规测试仪器。

本实用新型主要性能指标

测量波段：测试光谱范围可以覆盖从450nm至3μm波段的飞秒激光脉冲；