[发明专利]带有探针光脉冲压缩技术的光延时同源激光泵浦探测装置

说明书

本发明提供一种同时兼顾延时精度与时间分辨率的带有探针光脉冲压缩技术的光延时同源激光泵浦探测装置，属于激光与物质相互作用动态物理过程的激光探测技术领域。具体为：激光器输出的激光入射至分光镜，分光镜将入射的光分成两束，一束入射至第一透镜，另一束入射至倍频晶体，倍频晶体出射的光入射至第一偏振片，偏振后输出的p态偏振光入射至脉宽压缩系统，脉宽压缩系统对入射的光进行脉宽压缩后输出s态偏振光返回至第一偏振片，再反射至全反镜，经全反镜反射的光输入至第一光学延迟系统，延迟后的光入射至待测样品表面的目标区域；经第一透镜透射的光入射至待测样品表面的目标区域；目标区域出射的光滤波后的光入射至第一探测器。

技术领域

本发明涉及一种激光泵浦—探测方法，特别涉及一种高延时精度，且能提供较高时间分辨能力的同源激光泵浦—探测方法，属于激光与物质相互作用动态物理过程的激光探测技术领域。

背景技术

泵浦—探测技术在激光与物质相互作用动态物理过程(如光致物质损伤、材料改性等)的时间分辨探测研究中有着广泛的应用。泵浦—探测技术由两路激光脉冲分别作为泵浦光和探测光。泵浦光即为与物质产生作用的主激光，一般经透镜后，以足够高的功率密度聚焦在物质样品中产生物理过程；探测光(也成为探针光)脉冲则用于对作用区域照明，通过调节探测光脉冲相对于泵浦脉冲到达物理作用区的时间延迟，可以使探测器(如CCD、光谱仪等)捕捉到物理过程不同瞬态时刻的物理量(图像、光谱等)。通过一系列的延时设置，可得到在该物理过程中，物理量时间分辨的变化规律。

在泵浦探测技术中，延时控制精度和时间分辨能力是两个最重要的指标。目前，普遍采用的延时控制方法主要是电延时和光延时。(1)电延时方法：泵浦光脉冲和探测光脉冲分别来源于两台独立激光器，其间通过同步机进行所需延时的触发控制。这种情况下，探测光可以采用皮秒甚至更短的脉冲，来获得高的探测时间分辨率，但受制于电子器件(如同步机、激光器Q开关等)的响应误差，不同的泵浦脉冲之间，泵浦和探测脉冲的延时会有抖动，这种抖动随机出现、无法消除，限制了延时控制精度。例如，2015年发表于Applied PhysicsLetter的文章《Identification of the formation phases of filamentary damageinduced by nanosecond laser pulses in bulk fused silica》，介绍了一种用两台激光器输出的激光分别作为泵浦光和探测光的泵浦—探测方法。作泵浦光源的纳秒激光器和作探测光源的皮秒激光器之间用同步机协调，使两台激光器的输出同步或有一定延时。虽然其探测光为皮秒脉冲，它的时间分辨率达到了皮秒量级；但由于其使用了电学延迟的方法，受制于电子器件的响应时间，它的延时会有2纳秒左右的抖动，其采样曝光延时误差在纳秒量级。(2)光延时方法：泵浦光脉冲和探测光脉冲来源于同一台激光器，其间延迟量通过调整该两路脉冲的光程差来决定。稳定的光路能够使延迟量抖动很小，延时精度高，但由于研究激光和物质作用的主激光多为脉冲宽度在纳秒、数十甚至数百纳秒的脉冲激光，来自同一激光源具有相同脉宽的探测脉冲无法实现足够短的有效曝光时间，与电延时方法相比，时间分辨率低。例如，1990年发表于光学学报上的文章《激光与介质薄膜作用过程的等离子体诊断》，介绍了典型的用一台纳秒激光器的输出同时作泵浦光和探测光的泵浦—探测方法。泵浦光和探测光之间的延时通过光程差实现，延时不会有抖动，延时控制精度高，但探测光脉冲的脉宽为15ns，探测系统所获得的数据是十几纳秒内积累得到的，时间分辨率较低。

总之，目前激光泵浦—探测系统难以同时满足高延时精度和高时间分辨率这两方面的要求，即具有较高延时精度的探测系统一般时间分辨率不高，时间分辨率高的探测系统延时控制精度较低。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种同时兼顾延时精度与时间分辨率的带有探针光脉冲压缩技术的光延时同源激光泵浦探测装置。

本发明的同源激光泵浦探测装置，所述装置包括激光器1、分光镜2、第一透镜3、倍频晶体4、第一偏振片5、脉宽压缩系统6、全反镜M1、第一光学延迟系统7、窄带滤波片8和第一探测器9；