[发明专利]基于瞬态光栅效应的飞秒激光脉冲测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及飞秒激光脉冲测量，特别是一种基于瞬态光栅效应的飞秒激光脉冲测量装置。

背景技术

飞秒激光随着其在科研、生物、医疗、加工、通信、国防等领域的需要，得到了极其迅速的发展。而飞秒激光脉冲形状与脉冲宽度作为飞秒激光脉冲的重要光学参量，对它们的测量或实时监测显得十分必要。因此，寻找一种简单、方便、快速、有效的测量与实时监测的方法与装置，对于推动飞秒激光自身发展和拓展其在各个领域的应用有着极重大的作用。

目前，最广泛使用的飞秒激光脉冲测量技术有：1.频率分辨光栅法(Frequency Resolved Optical Gating,FROG)；2.光谱相位相干直接电场重建法(Spectral Phase Interferometry for Direct Electric-field Reconstruction,SPIDER)。该两种技术都是基于自参考，并且通过非共线谐波产生方法，来实现对飞秒激光脉冲的单发测量。然而，该两种技术对于重建飞秒激光脉冲的算法并不直接，需要较长的时间。在SPIDER技术中，通常需要非线性晶体来转换产生测量信号，由于非线性光学晶体的相位匹配条件，这使得每台测量仪器只能适应于特定的光谱范围，从而限制了这些方法在宽光谱范围内的应用，并且这些系统与测量过程都较为复杂。基于交叉偏振波(cross-polarized wave,XPW)的自参考光谱干涉方法(self-referenced spectral interferometry,SRSI)最近也被用来测量激光脉冲。在该方法中，仅需3次简单迭代计算就可以很快获得待测激光的光谱和相位，这是目前为止最为简单方便，并可进行脉冲宽度单发测量的方法。然而该方法需要光学偏振元件。由于光学偏振元件只对特定激光波长有效，并且有一定的光谱宽度，这样也就限制了这一方法和仪器只能在特定光谱范围内应用。偏振光学元件的色散也使其对10fs以下短脉冲测量受到限制。在类似的SRSI方法上，我们最近也提出了两种分别基于自衍射效应[参见文献1：J.Liu,Y.L.Jiang,T.Kobayashi,R.X.Li,and Z.Z.Xu,“Self-referenced spectral interferometry based on self-diffraction effect,”J.Opt.Soc.Am.B29(1):29-34(2012)；参见专利：申请号：201210267065.3]和瞬态光栅效应[参见文献2：J.Liu,F.J.Li,Y.L.Jiang,C.Li,Y.X.Leng,T.Kobayashi,R.X.Li,and Z.Z.Xu,“Transient-grating self-referenced spectral interferometry for infrared femtosecond pulse characterization,”Opt.Lett.37,4829(2012)；参见专利：申请号：201210079324.X]的飞秒激光脉冲测量方法，该两种方法不受色散的限制，但是此二者在结构上仍较为复杂。

发明内容

本发明给出一种基于瞬态光栅效应的飞秒激光脉冲测量装置。本发明采用望远镜或显微物镜光路结构，装置结构简单、小巧，调节简易，数据采集与数据处理迅速，并且可以适用于不同脉冲宽度和不同波长范围的飞秒激光脉冲宽度与脉冲形状的测量与实时监测，获得的光谱相位可以反馈到相关的相位补偿装置，优化飞秒激光脉冲的输出。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于瞬态光栅效应的飞秒激光脉冲测量装置，特点在于其构成包括：第一凹面反射镜、凸面反射镜、四小孔光阑板、可变中性衰减延时片、三阶非线性光学介质、小孔光阑板、第二凹面反射镜和高光谱精度的光谱仪。所述元部件位置关系如下：