[发明专利]一种飞秒激光加载下透明材料动态测量装置及方法

权利要求书

1.一种飞秒激光加载下透明材料动态测量装置，其特征在于，包括飞秒激光器(10)、非偏振分束器(20)、飞秒脉冲泵浦模块和皮秒脉冲探测模块，其中：

所述飞秒激光器(10)和非偏振分束器(20)依次设置，所述飞秒激光器(10)发出的激光经非偏振分束器(20)分为两路飞秒脉冲激光，该两路飞秒脉冲激光分别入射到飞秒脉冲泵浦模块和皮秒脉冲探测模块中；

所述飞秒脉冲泵浦模块包括依次设置的光束倍频单元(30)、机械快门(50)、反射镜(60)和聚焦透镜(70)，其共同组成泵浦光路；一路飞秒脉冲激光由光束倍频单元(30)倍频后，经机械快门(50)控制得到单发飞秒脉冲，该单发飞秒脉冲由所述反射镜(60)改变方向入射到聚焦透镜(70)，并由聚焦透镜(70)聚焦于待测样品内部，对其进行激发；

所述皮秒脉冲探测模块包括依次设置的啁啾展宽单元(90)、成像透镜组(100)、成像光谱仪(110)和CCD相机(120)，其共同组成探测光路；另一路飞秒脉冲激光由啁啾展宽单元(90)展宽为线性啁啾皮秒脉冲，然后经成像透镜组(100)引入待测样品内部，对激发区域进行放大后进入成像光谱仪(110)，CCD相机(120)采集成像光谱仪(110)中图像，进而得到待测样品受激发时的透射光强矩阵I(x,λ)；然后将泵浦光路挡住，得到待测样品在未受激发时的透射光强矩阵I₀(x,λ)，对两次测量得到的透射光强矩阵进行做差处理，即I_s(x,λ)＝I(x,λ)-I₀(x,λ)，去除未受激发材料的透射光强的影响，得到激发区域的透射光强矩阵I_s(x,λ)；然后根据时频映射关系，得到激发区域透射光强的时空演变矩阵，实现飞秒激光加载下的待测样品动态测量。

2.如权利要求1所述的飞秒激光加载下透明材料动态测量装置，其特征在于，还包括计算机控制模块(130)，该计算机控制模块(130)与所述机械快门(50)、CCD相机(120)相连，用于保证机械快门(50)响应时，CCD相机(120)同时采集图像。

3.如权利要求2所述的飞秒激光加载下透明材料动态测量装置，其特征在于，所述飞秒脉冲泵浦模块还包括光学延迟单元(40)，该光学延迟单元(40)位于光束倍频单元(30)和机械快门(50)之间，并与所述计算机控制模块(130)连接，用于调节泵浦光路和探测光路之间的时间延迟。

4.如权利要求3所述的飞秒激光加载下透明材料动态测量装置，其特征在于，所述光学延迟单元(40)包括同轴放置的第一屋脊反射镜(41)和第二屋脊反射镜(42)，所述第二屋脊反射镜(42)置于线性位移台上，通过控制第二屋脊反射镜(42)在线性位移台上的移动，改变泵浦光路的光程。

5.如权利要求1所述的飞秒激光加载下透明材料动态测量装置，其特征在于，所述非偏振分束器(20)的透射、反射比为8:2，其将飞秒激光器(10)发出的激光分为两路飞秒脉冲激光时，将80％的激光能量送入泵浦光路，将20％的激光能量送入探测光路。

6.如权利要求1所述的飞秒激光加载下透明材料动态测量装置，其特征在于，所述光束倍频单元(30)包括依次设置的BBO倍频晶体(31)和带通滤波器(32)，所述BBO倍频晶体(31)用于将飞秒脉冲激光倍频，所述带通滤波器(32)用于过滤未被倍频的杂散光。

7.如权利要求1-6任一项所述的飞秒激光加载下透明材料动态测量装置，其特征在于，所述成像透镜组(100)包括分别设置在待测样品两侧的第一成像透镜(101)和第二成像透镜(102)，该第二成像透镜(102)用于将样品内部激发区域放大后进入成像光谱仪(110)狭缝，且第二成像透镜(102)与待测样品、成像光谱仪(110)狭缝间的距离满足近轴成像公式。