[发明专利]一种基于少层二维材料的可宽谱段工作的共线型超短脉冲测量装置和测量方法

说明书

一种基于少层二维材料的可宽谱段工作的共线型超短脉冲测量装置和测量方法。装置包括：待测脉冲光经过第一分束镜分成两路，经过反射镜和可控延时反射后到达第二分束镜处反射，通过第一聚焦透镜7垂直聚焦到非线性二维材料8上，反射后经相同的第一聚焦透镜后，产生的自相关光学二倍频信号光与其余的光信号具有分离的空间分布特性，利用短波通滤光片可分离出自相关光学二倍频信号光。记录不同时延下的自相关光学二倍频信号光光谱信息，经过FROG算法进行一定的迭代计算后，可还原出待测脉冲完整的信息。通过本发明能避免现有技术对不同的入射波长需要调节不同的入射角度的问题，可对宽波段的超快脉冲进行测量，同时也避免了现有技术中非线性材料厚度导致的脉冲展宽，实现了更精准的超短脉冲测量。

技术领域

本发明涉及激光脉冲测量技术领域，特别是涉及一种基于少层二维材料的可宽谱段工作的共线型超短脉冲测量装置和测量方法。

背景技术

由于超短脉冲极高的光强和极短的脉宽，因此被广泛的用于科研领域以及精密加工领域。而超短脉冲技术的进步与脉冲测量技术的发展是分不开的，由于超短脉冲激光的时空分布对超短脉冲激光的应用也有重大的影响，在一些应用中我们必须精确知道脉冲激光在产生、传输和变换过程中的时空特性，才能揭示其物理机制，建立起合理的理论模型。越来越多的研究表明，分析研究脉冲激光如皮秒或飞秒脉冲的精细结构是许多研究工作的关键。因此研究测量的超短激光脉冲新技术，了解脉冲宽度、相位及形状信息，是超快技术研究中十分重要的内容。

由于超短脉冲的脉冲宽度极短，普通的电子类器件反应速度相对较慢，通常无法直接测量超短脉冲的特性参数。而目前超短激光脉冲的测量主要采用频率分辨光学开关法(FROG)。频率分辨光学开关法是一种用于测量超短激光脉冲的通用方法，其主要思想是通过测量脉冲的“自谱图”(即脉冲在非线性光学介质中对其自身进行开关操作，开关操作后的脉冲又将其自身反映在它形成的谱中)，通过控制两路光脉冲的延时，产生的倍频光的功率会与延时相关，因为该谱是两脉冲间延迟时间的函数，使用二维相位恢复算法便可从脉冲的FROG记录中提取脉冲的相关信息。

通常的脉冲测量装置采用倍频晶体作为非线性介质，这种方法需要对不同的入射波长调节不同的入射角度以实现倍频晶体所必要的相位匹配，因此无法对宽波长的激光进行测量，并且晶体存在一定的厚度会对待测脉冲引入色散导致脉冲展宽影响测量的精准度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有测量技术中的不足，提供一种基于少层二维材料的可宽谱段工作的共线型超短脉冲测量装置和测量方法。该装置具有宽带的非线性响应，无需根据入射波调节非线性光学晶体角度。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于二维材料的超宽带超短脉冲测量装置和测量方法，其特征在于，包括：第一准直光阑1、第二准直光阑2、第一分束镜3、反射镜4、可控延时反射镜5、第二分束镜6、第一聚焦透镜7、非线性二维材料8、第二聚焦透镜9、短波通滤光片10、光谱仪11、计算机12。待测光脉冲经过第一准直光阑1和第一准直光阑2后，经第一分束镜3 分成两路：一路光经反射镜4后、再次经过第一分束镜3的反射和第二分束镜6的反射，通过第一聚焦透镜7垂直聚焦到非线性二维材料8上；类似地，另一路光经过可控延时反射镜5后，通过第一分束镜3，在第二分束镜6处反射，通过第一聚焦透镜7以共线方式聚焦到非线性二维材料8的相同位置上。两路光聚焦到非线性二维材料8后，当两路光脉冲重叠时，在竖直方向产生自相关倍频信号，经过第一聚焦透镜7、分束镜6、短波通滤光片10和第二聚焦透镜9，光谱仪11收集自相关倍频信号的光谱信息。

进一步地，测量装置使用反射镜，待测脉冲激光经过测量装置后，两路光以共线方式聚焦到非线性二维材料8，自相关倍频光信号在竖直方向上产生。

进一步地，短波通滤光片10，起滤波器的作用，只通过竖直方向上的自相关倍频光信号。