[发明专利]一种真空紫外激光线宽的测量装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种真空紫外激光线宽的测量装置和方法。

背景技术

激光技术是二十世纪最伟大的发明之一，自1960年第一台激光器发明以来，它对光学及其它多学科的发展产生了极其深远的影响。激光线宽是指激光谱线的半高全宽，是激光的一项重要参数。许多应用中都需要精确、快速地测量所用激光的线宽，比如光谱分析中必须考虑激光线宽对光谱测量的影响。

目前，测量激光线宽的方法主要有光栅衍射法、干涉法和拍频法。其中光栅衍射法测量精度较低，只可测量大于GHz量级的激光线宽；拍频法精度最高，可测量KHz量级激光线宽，但测量装置复杂。干涉法主要包括F-P固定干涉法和F-P扫描干涉法，其中F-P固定干涉法需调节F-P腔镜，实验操作不方便；F-P扫描干涉法只适于连续和准连续激光测量。

真空紫外(vacuum ultraviolet，VUV)对应电磁波谱中波长约为40～185nm的区域，由于该波段的光在空气中吸收较大，只能在真空或惰性气体条件下传输，因此被称为真空紫外。由于VUV波长短、光子能量高，因而在高分辨率成像、光谱应用、微细加工等诸多领域具有重要的应用价值，是国际光电子领域最重要的发展方向之一。真空紫外区域存在着大量的原子共振线，辐射与物质相互作用时，在很短的距离内便被吸收，物质表现出强烈的吸收特性。真空紫外激光在空气中传播时会被氧气强烈吸收，所以真空紫外激光的产生及应用一般在真空或惰性气体环境中进行。由于真空系统往往比较复杂，真空紫外波段的光学元件镀膜困难，并且传感器件需特殊制造等原因，对于波长小于185nm的真空紫外激光，目前没有可用的仪器直接测量其线宽。比如，德国HighFinesse公司生产的WS系列波长计可同时测量激光波长和线宽，最短可测波长为192nm；白俄罗斯Solar公司SHR系列激光波长计，最短可测波长为190nm，以上方法均无法测量波长小于185nm的真空紫外激光。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明提供一种真空紫外激光线宽的测量装置和方法，以解决在真空紫外激光的波长范围内无法直接测量激光线宽的技术问题。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种真空紫外激光线宽的测量装置，包括：真空腔系统、光束准直系统、干涉元件、探测元件和数据处理系统；

所述真空腔系统包括腔体和入射窗口，所述腔体内为真空或充满对真空紫外激光吸收较低的气体，用于防止真空紫外激光被吸收，所述光束准直系统、干涉元件和探测元件均置于所述腔体内；所述入射窗口位于所述腔体的腔壁上，用于入射真空紫外激光；

所述光束准直系统用于对入射的真空紫外激光进行准直；

所述干涉元件为楔形劈尖，用于将准直后的真空紫外激光反射形成两束相干光束，在所述探测元件表面产生干涉条纹；

所述探测元件为真空紫外波段可用的探测器，用于采集所述干涉条纹的信息；

所述数据处理系统在所述腔体外，与所述探测元件相连，用于采集和处理所述探测元件获得的干涉条纹的信息，得到所述真空紫外激光的线宽。

进一步地，

所述干涉元件包括：两个光学平板和带小楔角的两个光学材料垫块，所述两个光学材料垫块分别夹在所述两个光学平板的内侧两端，形成空心楔形空间；

所述两个光学平板的不镀膜的内表面和所述空心楔形空间构成所述干涉元件的干涉腔。

进一步地，

所述光学材料垫块为：石英垫块，或氟化钙垫块，或氟化镁垫块；

所述两个光学平板的材料为：氟化钙、氟化镁中的一种；

若光学平板材料为氟化镁，由于该材料有双折射特性，则对入射光偏振态有一定要求。

所述光学材料垫块与所述两个光学平板之间采用光胶方法胶合为一体。

进一步地，所述干涉元件为：实心楔形劈尖，其两个外表面和实体楔形空间构成所述干涉元件的干涉腔。

进一步地，

所述实心楔形劈尖的材料为：氟化钙、氟化镁中的一种；

若实心楔形劈尖的材料为氟化镁，由于该材料有双折射特性，则对入射光偏振态有一定要求。

进一步地，

所述探测元件为真空紫外电荷耦合器件，或狭缝扫描式探测器；所述狭缝扫描式探测器包括真空紫外光功率计和狭缝，所述真空紫外光功率计的探测面积大于所述干涉条纹的面积，所述狭缝位于所述真空紫外光功率计之前，长度方向平行于所述干涉条纹，并在测量时扫描覆盖整个干涉条纹区域；

所述探测元件位于所述两束相干光束的零剪切面上。