[发明专利]多功能大量程超短脉冲激光自相关仪

说明书

技术领域

本发明涉及激光参数测量技术领域，特别是一种多功能大量程超短脉冲激光自相关仪。

背景技术

超短脉冲激光是指持续时间在皮秒量级或飞秒量级的激光脉冲，它的最主要特点是持续时间极短，因此超短脉冲时域宽度的测量是超短脉冲激光参数测量中最重要的问题。目前较常用的超短脉冲参数测量方法有自相关法、频率分辨光学开关法和光谱相位相干直接电场重建法等。在各种测量方法中，自相关法是最简单、最直接和最常用的测量方法，可以实现飞秒量级超短脉冲和皮秒量级超短脉冲脉冲宽度的测量。

自相关法包括强度自相关法和条纹分辨自相关法。强度自相关法是通过平移迈克尔逊干涉仪的一臂使分束的一路激光扫描另一路激光来实现的，强度相关法的优点是测量范围大，可实现飞秒脉冲和皮秒脉冲相关宽度的测量，但是当脉冲宽度较小时，测量误差较大，强度相关法也不能反映脉冲的相位信息。条纹分辨自相关法通过振动迈克尔逊干涉仪的一臂，在示波器上测量出分束的两脉冲条纹分辨的自相关干涉图，提供更准确的脉冲时域参数测量结果，从条纹分辨的干涉图中也能反映出脉冲的啁啾信息。其中，振动的部件一般选用压电位移器或喇叭来实现。压电位移器振动的线性好，但价格较贵；喇叭价格便宜，但振动的线性不好。无论采用哪种振动的结构，振动的幅度都较小，最多只有几百微米，因此条纹分辨自相关测量脉冲的宽度也受到了限制，不能测量脉宽较大的超短脉冲。

基于自相关原理设计的超短脉冲参数测量仪器称为自相关仪，相应的，基于强度自相关法和条纹分辨自相关法的自相关仪分别称为强度自相关仪和条纹分辨自相关仪。目前市场上和实验室中搭建的相关仪只具有强度相关和条纹分辨相关其中的一种功能，不能将两种测量方法的优点结合在一起以避免实际应用的缺陷，也不能同时具有测量范围大和测量结果准确可靠两个优点。虽然魏志义等设计了一种“双功能小型超短激光脉冲自相关测量仪”的实用新型专利(ZL：02202596.0)，但仍然采用线性移动迈克尔逊干涉仪的一臂实现强度自相关，振动迈克尔逊干涉仪的另一臂实现条纹分辨自相关，该实用新型专利只是将两种结构组合在一个系统中，并未实现二者的有机结合，也未突破条纹分辨自相关受到振动器件振动幅度的限制。

因此，发明一种新型的自相关仪，将强度自相关和条纹分辨自相关两种相关测量方法有机的结合在一起，实现强度自相关和条纹分辨自相关的同时测量，使两种测量原理都能实现测量范围从亚十飞秒至数百皮秒，两种测量结果可相互验证，且具有测量量程大，测量结果准确可信的特点，对于提高超短脉冲参数测量仪器的通用性和准确度具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能大量程超短脉冲激光自相关仪，在不增加光学部件的前提下，只通过迈克尔逊干涉仪的一臂实现强度自相关和条纹分辨自相关的同时测量，解决了条纹分辨自相关受到振动器件振幅的限制而造成的测量范围缩小的问题。

本发明提供一种一种多功能大量程超短脉冲激光自相关仪，用于测量超短脉冲激光时域参数，能够同时实现超短脉冲条纹分辨自相关测量和强度自相关测量两种功能，包括：

一精密移动平台，用于精密光学延迟扫描；

一第一直角反射镜，该第一直角反射镜固定在精密移动平台上，该第一直角反射镜包括两个反射镜，实现光束原方向返回；

一斩波器，该斩波器位于第一直角反射镜中的一个反射镜的前端，该该斩波器与第一直角反射镜中的一个反射镜之间形成第一光路，在第一光路上放置一第一分束镜，用于将第一光路分出一束光；

一第二直角反射镜，该第二直角反射镜包括两个反射镜，该第二直角反射镜位于第一光路的一侧，在第一分束镜与第二直角反射镜中的一个反射镜之间形成第二光路；

一抛物面镜，该抛物面镜位于第一光路的另一侧，该抛物面镜与第二直角反射镜中的另一个反射镜之间形成第三光路，在第三光路上有一第二分束镜，该第二分束镜与该第一直角反射镜中的另一个反射镜之间形成第四光路；

一双光子探测器，该双光子探测器位于抛物面镜的一侧，用于接收抛物面镜聚焦的光信号；

一信号采集系统，该信号采集系统与双光子探测器电性连接，用于采集该双光子探测器产生的电信号响应。

该方法具有以下优点：

(1)在不增加光学部件的前提下，通过调整精密移动平台的移动速度和锁相放大器的时间常数，能够实现超短脉冲条纹分辨自相关测量和强度自相关测量两种测量功能。

(2)突破了传统的条纹分辨自相关法采用振动部件造成的测量范围的限制，首次采用移动部件实现了条纹分辨自相关测量，将条纹分辨自相关测量范围扩展到亚十飞秒至数百皮秒。