[发明专利]飞秒数字全息动态观察测量装置

说明书

技术领域

本专利涉及超短激光脉冲与固体物质的相互作用，特别是一种用于各种超快过 程观察测试的飞秒数字全息动态观察测量装置，特别是一种可同时进行反射和透射 实时观察测量的飞秒数字全息装置。它能广泛应用于观察测试各种超快过程，例如 飞秒激光诱导物质的烧蚀、熔化、相变以及物质表面的瞬态形变等等。

背景技术

超短激光脉冲与固体物质的相互作用包含一些超快瞬态现象，比如激光诱导熔 化、材料表面烧蚀和透明材料内部的光学击穿等。研究飞秒激光与物质的相互作用 并且探测随后的瞬态演化过程是一个全新的领域，具有重要的应用价值。然而，检 测这些超快过程是非常具有挑战性的，因为目前还没有这么快的电子器件可用来记 录这些超快过程，所以飞秒激光脉冲成了当前探测超快过程的重要手段。

利用飞秒脉冲激光来探测超快过程主要有以下技术：光谱干涉技术、散射成像 技术与时间分辨阴影图技术等。1994年，J.P.Geindre等人利用飞秒光谱干涉技术【在 先技术1：J.P.Geindre et al.，Opt.Lett.19，1997(1994)】测量了激光诱导等离子体的振 幅和相位瞬态变化过程。2002年，Mazur研究小组利用散射成像技术【在先技术2： Chris Schaffer et al.，Opt.Express.10，196(2002)】研究了水在飞秒激光诱导破坏情况下 的瞬态变化。2007年，Zhang等利用时间分辨阴影图技术【在先技术3：N.Zhang et al.，Phy.Rev.Lett.99，167602(2007)】研究了飞秒激光烧蚀金属铝的超快材料喷发过 程。利用这些技术可以观察到超快过程的变化，然而，这些技术有一定的不足之处： 光谱干涉技术只能获得一维的横向分辨信息，且时间分辨限制在几个皮秒量级；散 射成像技术与时间分辨阴影图技术只能得到物体的正面或侧面轮廓衍射像，无法准 确得到物体的振幅与相位变化信息。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述在先技术的不足，提出了一种飞秒数字 全息动态观察测量装置，该装置可同时进行反射和透射实时观察测量物体的振幅与 相位信息。

本发明的基本构思是：将迈克尔逊干涉记录装置与马赫泽德干涉记录装置集成 在同一光路，待测物体置于该光路中，以同时记录待测物体在反射方向和透射方向 上的振幅与相位变化。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于观察测量飞秒激光诱导物质的动态变化过程的飞秒数字全息动态观察 测量装置，特点在于其构成包括飞秒激光光源、第一半透半反镜、第二半透半反镜、 第三半透半反镜和第四半透半反镜、第一全反射镜、第二全反射镜、第三全反射镜、 第四全反射镜、第五全反射镜、第六全反射镜、第七全反射镜、第八全反射镜、透 镜、待测物体、BBO倍频晶体、第一探测器、第二探测器和计算机，上述零部件的 位置关系如下：

飞秒激光从所述的飞秒激光光源)出射后，经第一半透半反镜被分成反射的泵浦 光束和透射的探测光束，所述的泵浦光束经第一全反射镜、第二全反射镜、第三全 反射镜和第四全反射镜后由透镜聚焦在待测物体表面；所述的探测光束首先经BBO 倍频晶体倍频后，再经第二半透半反镜分为反射的A光束和透射的B光束，所述的 B光束经第五全反射镜、第六全反射镜和第七全反射镜反射后再由第四半透半反镜 反射后进入第一探测器；

所述的A光束经第三半透半反镜后分为反射的A1光束和透射的A2光束，其中 A2光束经第八全反射镜反射后，再次经第三半透半反镜反射进入第二探测器；

所述的A1光束经待测物体透射后携带有待测物体的信息形成第一物光束，该 第一物光束经第四半透半反镜透射后与经第五全反射镜、第六全反射镜、第七全反 射镜和第四半透半反镜)反射后的B光束形成干涉，干涉全息图由所述的第一探测器 探测，所述的第一探测器的输出端与所述的计算机相连；

所述的A1光束经待测物体反射后亦携带有待测物体的信息形成第二物光束， 该第二物光束再次经第三半透半反镜透射后与经由第八全反射镜反射回的A2光束 形成干涉，干涉全息图由第二探测器探测，所述的第二探测器的输出端与所述的计 算机相连；