[发明专利]高分辨率实时超短脉冲时频域测量装置及方法

说明书

本发明属于光学测量领域，涉及一种高分辨率实时超短脉冲时频域测量装置及方法。解决了如何实现超短脉冲时频域信息的高分辨率实时测量，提升测量结果的准确性和可靠性技术难题。测量装置包括对待测信号光进行分束的分束单元，用于对待测信号光进行时域放大的时间透镜单元，用于对待测信号光进行傅里叶变换的色散傅里叶变换单元及用于接收测量数据进行探测的探测单元。采用时间透镜和色散傅里叶变换技术实现超短脉冲亚皮秒瞬态特性的实时测量，准确获得其时频域信息，突破了传统示波器带宽及光谱仪测量速度等能力限制，适用于飞秒级超短脉冲。

技术领域

本发明属于光学测量领域，涉及一种高分辨率实时时频域测量装置及方法，尤其涉及一种基于时间透镜和色散傅里叶变换的高分辨率实时超短脉冲时频域测量装置及方法。

背景技术

超短脉冲激光具有持续时间短、峰值功率高、带宽大等优点，是人们观察研究超快现象的有效手段，在强场物理、信息科学、材料科学、生物医学等诸多领域具有广泛的应用，其飞速发展给相关的科学研究带来了巨大的积极影响。例如，迄今至少两项诺贝尔奖与超快激光领域中的研究有关：美国化学家艾哈迈德·泽维尔(Ahmed Zewail)等人利用飞秒激光研究了化学反应中分子的过渡态，并因此获得1999年诺贝尔化学奖；美国物理学家约翰·霍尔(John Hall)和德国物理学家特奥多尔·亨施(Theodor )因“对包括光频梳技术在内的基于激光的精密光谱学发展做出的贡献”而获得了2005年诺贝尔物理学奖。超短激光脉冲自产生至今的几十年来，脉冲宽度越来越窄(从皮秒至飞秒甚至阿秒量级)、峰值功率越来越高(太瓦甚至拍瓦量级)，给超短脉冲时域和频域特性的精确测量提出了越来越高的要求，而现有的光电探测及光谱分析技术难以实时探测到其时频域信息。因此，如何实现超短脉冲时频域信息的高分辨率实时测量，提升测量结果的准确性和可靠性，以满足超快过程测量与分析需求，成为超快光学及应用领域亟待解决的热点和难点问题。

发明内容

为了解决上述问题，实现超短脉冲时频域的高分辨率实时测量，本发明提供了一种基于时间透镜和色散傅里叶变换的高分辨率实时超短脉冲时频域测量装置及方法。利用时间透镜和色散傅里叶变换测量超短脉冲时频域的技术，有效地实现超短脉冲时频域的高分辨率实时测量，方法原理简单，装置结构紧凑，调试方便。

本发明的技术解决方案是提供一种基于时间透镜和色散傅里叶变换的高分辨率实时超短脉冲时频域测量装置，其特殊之处在于：包括分束单元、时间透镜单元、色散傅里叶变换单元及探测单元；

上述分束单元用于将待测信号光进行分束，一束作为时间透镜单元的信号光，另一束作为色散傅叶变换单元的信号光；

上述时间透镜单元用于对接收的待测信号光进行时域放大，能够实现超短脉冲的高保真高倍率时域放大；上述色散傅里叶变换单元用于对接收的待测信号光进行傅里叶变换，能够实现光信号频域到时域的转换；

上述探测单元用于接收并记录时间透镜单元及色散傅里叶变换单元处理后的待测信号光时频域信息。

进一步地，上述时间透镜单元包括合束器、分别位于合束器两路入射光路中的信号光光路、泵浦光光路及位于合束器出射光路中的闲频光光路；

上述信号光光路包括沿光路设置的第一衰减器、第一偏振控制器及第一色散介质；上述泵浦光光路包括沿光路设置的泵浦源、第二偏振控制器及第二色散介质；

上述闲频光光路包括沿光路依次设置的高非线性低平坦色散硅基微纳波导、滤波器及第三色散介质；

上述第一衰减器用于调节信号光的强度；上述第一偏振控制器用于对信号光偏振调节；上述第一色散介质用于对信号光频域进行二次相位调制；

上述泵浦源用于提供四波混频过程的泵浦光；上述第二偏振控制器用于对泵浦光偏振调节；上述第二色散介质用于对泵浦光频域进行二次相位调制；

上述合束器用于对信号光和泵浦光合束；