[实用新型]一种扫描频域干涉仪

说明书

技术领域

本实用新型属于超快光学测试技术，具体涉及一种扫描频域干涉仪。

背景技术

研究强冲击波作用下的材料动力学性能，是材料物理领域的热点问题之一。通过测量被冲击材料中的冲击波速度和粒子速度，有助于推导材料的应力-应变状态和检验物质性态的理论模型（激光干涉测速技术，国防工业出版社，胡绍楼）。其中，粒子速度的测量通常采用自由面速度法，常用的诊断设备有任意反射面的速度干涉仪（VISAR）、超快显微干涉仪、频域干涉仪（FDI）和啁啾脉冲频域干涉仪（CPSI）等测试系统。

VISAR一般应用在长脉冲激光驱动冲击波的测量实验中，其诊断物理量的时间尺度在ns量级，但时间分辨能力通常在数十ps的水平上（Line-imaging velocimeter for shock diagnostics at the OMEGA laser facility, Rev. Sci. Instrum., P. M. Celliers, D. K. Bradley, G. W. Collins, D. G. Hicks, T. R. Boehly and W. J. Armstrong），如果物理量在某些特定位置的变化较快，测试结果将不能反映变化的细节。相对而言，超快显微干涉仪和FDI属于超快测量技术，能反映fs时间尺度的物理量变化，是测量飞秒激光驱动冲击波的常见方法，不过，两者都属于离散式点测试技术，在测量一定时间范围内的物理量变化时，需要进行大量的实验发次，因此对实验条件的重复性要求较高（Single-shot measurement of temporal phase shifts by frequency-domain holography, Opt. Lett., S. P. Le Blanc, E. W. Gaul, N. H. Matlis, A. Rundquist, and M. C. Downer）。

CPSI是指首先将一束宽带脉冲展宽为线性啁啾脉冲，然后通过不等臂迈克尔逊干涉仪或马赫-曾德干涉仪产生具有一定延迟时间差的两束脉冲，最后它们（至少一束传播加载上被测信号）以共轴传输的方式进入光谱仪,在记录系统中形成频谱干涉条纹，通过对条纹解谱可得随时间变化的被测信号。CPSI是在FDI基础上发展出的一种单发实验测量技术，它利用线性啁啾脉冲的啁啾特性，实现了高时间分辨和连续测试的有机结合（Single-shot chirped-pulse spectral interferometry used to measure the femtosecond ionization dynamics of air， Opt. Lett., C. Y. Chien, B. La Fontaine, A. Desparois, Z. Jiang, T. W. Johnston, J. C. Kieffer, H. P′epin, and F. Vidal），从而可以对快速变化的物理量（如激光驱动冲击波上升沿）实施有效测量。遗憾的是，CPSI的单发测量时间尺度和时间分辨能力之间是一种相互制约的关系，当单发测量的时间尺度增加时，相应的时间分辨能力将出现下降，这对于持续时间长、特征位置变化快的物理量测试，仍需多发实验才能完成。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种扫描频域干涉仪，应用于持续时间长、特征位置变化快的物理量测试。本实用新型的扫描频域干涉仪，同时具有大量程和高时间分辨的测试特点，对物理量变化历史的测量均在单发实验内完成，避免了实验条件变化对测试结果产生的影响。

为达到上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

本实用新型的扫描频域干涉仪，包括：

宽带脉冲、脉冲展宽器、部分反射镜、分束片、被测样品、平面反射镜、光谱仪和条纹相机。

光束的传输过程是，一束宽带脉冲首先通过脉冲展宽器，然后依次垂直入射到两块部分反射镜上，其中，部分反射镜Ⅰ的反射光沿原路返回，透射光则垂直入射到部分反射镜Ⅱ上，部分反射镜Ⅱ的反射光在两块部分反射镜构成的振荡腔内振荡传输，透射光则在传播通过分束片时分为透射脉冲和反射脉冲，透射和反射脉冲分别垂直入射到平面反射镜上和被测样品表面，被垂直反射后，两束脉冲第二次通过分束片时实现同轴合束，然后依次进入光谱仪和条纹相机。

上述技术方案中，所述宽带脉冲为飞秒激光脉冲或超连续脉冲，脉冲带宽不小于10 nm。

可选地，所述脉冲展宽器为光栅展宽器、色散玻璃或其它光学色散元件中的一种。