[发明专利]频率分辨光学开关法测量装置

说明书

技术领域

本发明属于激光参数测量技术领域，具体涉及一种频率分辨光学开关法(Frequency-Resolved-Optical-Gating，简称FROG)测量超短脉冲激光参数的装置。

背景技术

FROG是测量超短脉冲激光的有力工具，其原理是将自相关仪和光谱仪结合起来，得到时域-频域正交的二维谱图，再利用计算机迭代算法还原出激光脉冲的波形、光谱、相位、脉宽、带宽等信息。据文献“Frequency-Resolved-Optical-Grating：The Measurement of Ultrashort Laser Pulses，Rick Trebino，2000 Kluwer Academic Publishers”报道，目前国外发展了二次谐波法、三次谐波法、自衍射法、偏振法、瞬态光栅衍射法等FROG测量系统，其中二次谐波法比较普遍，而且形成了产品。国内也开展了相关的研究，但大部分集中在二次谐波法FROG测量系统的研究上。

二次谐波法FROG系统能测量可见、红外超短脉冲，但无法测量紫外超短脉冲，因为缺乏从紫外到深紫外的倍频晶体。同时，二次谐波法FROG系统多数集中在如何测量重复频率的超短脉冲激光，对于只能单次发射的超短脉冲激光，就需要重新设计光路。

发明内容

(一)发明目的

针对二次谐波FROG系统现有技术的两个缺陷：一是不能测量紫外脉冲，二是不能测量单次脉冲，本发明提供一种利用瞬态光栅衍射法设计的单次紫外超短脉冲激光频率分辨光学开关法测量装置。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种频率分辨光学开关法测量装置，包括分光板、柱透镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、非线性介质、挡光板、光谱仪和配有FROG迭代程序的计算机。

所述分光板是在一块平板上挖出三个相同的矩形孔，三个矩形孔中心位于一个正方形的三个顶点上，分光板将入射激光分成平行的三束，其中两束作为开关光、一束作为探测光；

所述柱透镜将分出的三束光聚焦，焦线在非线性介质上；

所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜位于柱透镜和非线性介质中间，第二反射镜和第三反射镜紧凑放置，镜面法线有7～8度夹角，第一反射镜位于第二反射镜和第三反射镜上方；

所述非线性介质采用透紫外光的介质薄片；

所述挡光板挡住从非线性介质出射的剩余开关光与探测光，仅让信号光通过；

所述光谱仪接收信号光，形成FROG图谱；

所述配有FROG迭代程序的计算机将FROG图谱进行迭代计算，还原出单次紫外超短脉冲的波形、脉宽、光谱、带宽、相位等信息。

(三)发明效果

在上述技术方案中，当两束开关光在非线性介质上时间和空间都重合时，就相互干涉形成折射率瞬态光栅，光栅刻线就是两束光的干涉条纹，它们垂直焦线分布。该瞬态光栅沿着焦线对探测光脉冲的前沿、中心、后沿同时进行衍射，这样，只需要脉冲的单次发射，脉冲的时间延迟信息就一一映射到衍射光的空间光束截面上，从而解决了二次谐波法FROG系统不能解决的单次测量问题。另外，由于信号光的产生为瞬态光栅衍射过程，因此信号光的波长与待测脉冲波长一致，也就是说，该测量方法与波长无关，不仅可以实现紫外波段脉冲的测量，还可以用于其他波段脉冲的测量，从而解决了二次谐波法FROG系统不能在紫外波段测量的问题。还有，由于没有使用昂贵的倍频晶体，所以建设装置的成本可略有降低。

附图说明

图1是频率分辨光学开关法测量装置原理图。其中，1为待测激光脉冲；2为分光板；k1、k2、k3为分光板2分出的三束光；3为柱透镜；4-1、4-2、4-3分别为第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜；5为非线性介质；6为挡光板；ks为衍射光；7为光谱仪；8为带有FROG迭代程序的计算机。

图2是分光板结构示意图。

图3是挡光板结构示意图。

图4为非线性介质内部的衍射过程立体图。其中：k1、k2、k3是分光板2分出来的三束光，G为光束k2和k3在非线性介质5内部形成的瞬态光栅，光束k1被瞬态光栅G衍射，衍射光束为ks。

图5是本实施例测量到的主放FROG图像。

图6是本实施例主放脉冲波形及其相位分布。

图7是本实施例主放输出脉冲的光谱及其波形分布。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明所提供的技术方案作进一步阐述。