[发明专利]基于非线性纳米材料的超连续谱脉冲激光测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光子学技术领域，具体涉及一种基于非线性纳米材料的超连续谱脉冲激光测量装置及方法。

背景技术

脉冲宽度小于皮秒（10^-12秒）量级的激光常被称为超短脉冲激光。由于超强的瞬时功率，超短脉冲激光是现代生物、物理等科学领域中不可或缺的实验工具。在以下近年来，随着光子晶体光纤的制作日益成熟，超短脉冲激光激发光子晶体光纤产生的超连续谱脉冲激光在传感、成像领域崭露头角。由于超连续谱脉冲激光有非常宽的光谱，良好的空间相干性，已受到人们越来越多的关注。然而，由于超连续谱脉冲激光的光谱非常宽，也带来了测量和使用上的不便。为了更有效的利用超连续谱脉冲激光，一种切实可用的测量方法是必需的。当前，人们测量超连续谱激光时，通常将非线性体状晶体放置在角度可调的器件中，通过角度的改变，调整激光的入射角度，匹配不同波长对应的相位角。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于非线性纳米材料的超连续谱脉冲激光测量装置及方法。非线性纳米材料在宽光谱段都具有良好的非线性特性；并且，由于纳米材料的结构特性，无需考虑相位匹配条件。因此，在基于纳米材料的超连续谱脉冲测量方法中，无需使用角度可调器件，极大的增加了该方法的适用范围。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

基于非线性纳米材料的超连续谱脉冲激光测量装置，包括1/2波片、偏振分光器件、电动步进电机、第一高反射镜片、第二高反射镜片、第三高反射镜片、激光线滤光片、聚焦透镜、光子晶体光纤、准直透镜、滤光片、第四高反射镜片、第五高反射镜片、消色差聚焦透镜、非线性纳米材料、收集聚焦透镜、光谱仪、PC机；

1/2波片设置在偏振分光器件正前方，用于改变偏振分光比；超短脉冲激光通过1/2波片后进入偏振分光器件分光，偏振分光器件将超短脉冲激光分为两路激光；其中一路激光通过聚焦透镜会聚到光子晶体光纤的一个端面，在超短脉冲激光与光子晶体光纤的相互作用中，超短脉冲激光被转换为超连续谱激光；超连续谱激光从光子晶体光纤的另一个端面出射，经过准直透镜后准直输出；该路激光定义为激发光路；

另外一路超短脉冲激光进入光学延迟系统，改变该路超短脉冲激光的光程，并沿原方向出射，该路激光定义为探测光路；

激发光路通过第四高反射镜片和第五高反射镜片调节传输方向后，以角度A(0°<A<15°)照射到激光线滤光片的镀膜面，其中激发光路中的超连续脉冲激光被反射；探测光路以角度B(B=0°)照射到激光线滤光片并透射；激发光路和探测光路在激光线滤光片的镀膜面上实现传播光路的重合，此重合光路定义为激发-探测光路；

将激发-探测光路垂直入射到消色差聚焦透镜的入口，激发-探测光路通过消色差聚焦透镜聚焦于放置在透镜的焦面上的非线性纳米材料；激发-探测光路与非线性纳米材料相互作用，并产生二次非线性信号；

PC机同时与电动步进电机和光谱仪相连接，且光谱仪与收集聚焦透镜光纤连接；光谱仪用于检测传输的二次非线性信号。

所述光学延迟系统包括电动步进电机、第一高反射镜片、第二高反射镜片、第三高反射镜片；且第一高反射镜片、第二高反射镜片设置在电动步进电机上，位于同一水平线且镜像对称分布，第二高反射镜片和第三高反射镜片设置在同一竖直方向水平线且平行；超短脉冲激光依次通过第一高反射镜片、第二高反射镜片、第三高反射镜片的反射后，增加其光程；电动步进电机能够在PC机的控制下，改变第二高反射镜片和第三高反射镜片之间的距离，从而准确的控制光程的增加量。

所述的二次非线性信号包括二次谐波光谱信号、二次和频信号。

所述的激光线滤光片为光学镀膜滤光片，其镀膜面对超短脉冲激光有超高的透射特性，而对超连续谱激光具有超高的反射特性。

基于非线性纳米材料的超连续谱脉冲激光测量方法，包括如下步骤：

步骤1：超短脉冲激光通过偏振分光器件后，将超短脉冲激光分为两路激光；其中一路激光通过聚焦透镜会聚到光子晶体光纤的一个端面，在超短脉冲激光与光子晶体光纤的相互作用中，超短脉冲激光被转换为超连续谱激光；超连续谱激光从光子晶体光纤的另一个端面出射，经过准直透镜后准直输出；该路激光定义为激发光路，包括超连续谱激光和未被转换的超短脉冲激光；

步骤2：另外一路超短脉冲激光进入光学延迟系统，改变该路超短脉冲激光的光程，并沿原方向出射，该路激光定义为探测光路；