[发明专利]周期量级飞秒激光脉冲的载波-包络相位的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于飞秒光学测量领域，特别是一种周期量级飞秒激光脉冲的载波-包络相位的测量方法。

背景技术

周期量级（脉冲持续时间只有几个光学周期）激光脉冲的重要参数—载波-包络相位(Carrier-envelop Phase，以下简称为CEP)，是指脉冲包络的最大值和包络下电场振荡的最大值之间的相对相位，它决定激光脉冲的瞬时电场强度。周期量级激光脉冲与物质相互作用过程中，CEP具有决定性的影响，例如高次谐波和阿秒脉冲的产生、光学合成以及相干控制等。尤其在阿秒科学和光频标测量学领域，CEP发挥着举足轻重的作用。随着频标测量学和阿秒科学研究的不断深入，控制并测量周期量级飞秒激光脉冲的CEP，已经成为当今最前沿的研究内容之一。

G.G.Paulus等人曾在文章“Measurement of the Phase of few-cycle laser Pulses”[Phys.Rev.Lett.91,253004(2003)]中提出一种立体阈上电离质谱仪测量CEP的方法，通过对光电子谱的测量，利用阈值上电离产率的左右不对称性来测量周期量级激光脉冲的CEP。该测量方案要求复杂的超高真空装置，实验难度较大，而且由于测量理论不够成熟，未能得到广泛认同。例如经典的和Keldysh-tyPe模型预测了对于余弦型的脉冲左右产率是对称的，与实验上的结果是不同的。另外，C.A.Haworth等人曾在文章“Half-cycle cutoffs in harmonic spectra and robust carrier-envelope phase retrieval”[Nature Physics3,52(2007)]中提出利用激光脉冲各半个周期的高次谐波辐射与此处光场的CEP的相关性来测量激光的CEP；M.Kreβ等人在文章“Determination of the Carrier-Envelope Phase of Few-Cycle Laser Pulses with Terahertz-Emission Spectroscopy”[Nature Physics2,327(2006)]中提出基于光电离非对称理论产生的太赫兹波幅度与CEP的相关性来测量激光的CEP。

上述方法忽略了聚焦和非线性效应对CEP值的影响，而理论和实验都表明，光场与介质相互作用过程中的非线性效应对CEP的影响很大，不能忽略。因此，已有的CEP测量方法都不够完善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种周期量级飞秒激光脉冲的载波-包络相位的测量方法，该方法测量的是激光的初始CEP，不受聚焦和非线性效应地限制，不需要超高真空等复杂装置，不受苛刻实验条件的局限。

本发明的技术解决方案如下：

一种周期量级飞秒激光脉冲的载波-包络相位的测量方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①设置装置：钛宝石激光器出来的激光经分束片分为透射光和反射光，所述的反射光经第二全反镜、延时器、第二透镜入射到合束片；所述的透射光经光参量放大系统、第一透镜、空心光纤、硅片后产生CEP稳定的待测光，在所述的待测激光的前进方向上垂直于所述的待测激光光束设置石英楔板、第一全反镜，该第一全反镜将待测光反射经球面镜聚焦产生光丝，该光丝产生的太赫兹波经抛物镜聚焦到合束片，该太赫兹透过所述的合束片与所述的反射光经所述的合束片反射的光束合并为一束称为合束光，该合束光由探测晶体、半波片、渥拉斯顿棱镜和平衡探测器构成的平衡探测装置探测，所述的分束片、第二全反镜、抛物镜和合束片各与射入的光束呈45°，所述的探测晶体位于所述的第二透镜和抛物镜的共同焦点处；

②测量：初始时石英楔板的插入待测激光束的插入量小，使待测光的光斑正好通过，待测激光经所述的球面镜在空气中聚焦产生光丝，该光丝产生太赫兹波，薄金属片安装在平移台上，使所述的薄金属片从光丝的起始端开始，以0.5mm的间隔沿所述的光丝的长度方向连续移动安装在平移台的薄金属片在光丝的不同位置挡光丝，直至光丝的末端，所述的分束片的反射光作为探测光，与经所述的抛物镜反射的太赫兹波合束，利用所述的平衡探测装置记录所述的太赫兹波波形；连续增加所述的石英楔板的插入量，以连续改变待测激光的CEP，所述的平衡探测器记录不同CEP时不同光丝位置的太赫兹波形及其反转结果；

③计算CEP的绝对值的步骤如下：

a)从所述的太赫兹波形及其反转结果找太赫兹波形的反转点，第一个太赫兹波形反转点消失时对应的待测激光的CEP为0.5π；