[发明专利]超短脉冲自相关测量装置和测量方法

说明书

一种超短脉冲自相关测量装置和测量方法，该装置包括第一准直透镜、二分之一波片、偏振分光棱镜、第一反射镜、可控延时反射镜、斩光器、第二反射镜、第二准直透镜、碳纳米管饱和吸收体薄膜、光电倍增管、锁相放大器和计算机。本发明通过简单的结构，就可以实现对低功率、低能量的超短脉冲宽度的测量。

技术领域

本发明涉及脉冲宽度测量，特别是一种超短脉冲自相关测量装置和测量方法。

背景技术

近些年来，由于超短脉冲在光通信、微波光子学、光学成像、光纤传感等方面的广泛应用，脉冲宽度作为超短脉冲的一个重要参数，吸引了大批学者对脉冲宽度测量方法进行研究。而如何通过简单的结构对低功率超短脉冲的脉冲宽度实现高误差精度测量成为人们关注的焦点。

目前实现脉冲宽度的测量方法主要有4种：

方法1，是利用迈克尔逊干涉结构，通过利用非线性倍频晶体，产生脉冲信号的倍频光，并用光电倍增管对产生的倍频光进行探测。通过控制干涉结构两臂的脉冲相对延时，得到相应的脉冲形状图并推算得到脉冲的实际宽度。这种方法需要昂贵的非线性倍频晶体和复杂的调节方法以满足必须的相位匹配，同时晶体对于温湿度、待测脉冲波长和偏振态的敏感性影响了测量的精度。

方法2，是将方法1中的非线性倍频晶体和光电倍增管替换为具有双光子吸收效应的半导体器件，通过测量不同脉冲延时下器件输出的光电流图形，来推算脉冲的实际宽度。这种方法对光脉冲宽度的测量收到半导体器件本身波长和功率范围的限制。

方法3，是使用频率分辨光学开关法(FROG法)，该方法使用与方法1相似的结构，由非线性倍频晶体产生的信号光经由光谱仪进行测量，得到不同时间延时下对应的光谱成分，利用二维位相迭代算法可以获得待测脉冲幅度和位相的定量信息。这个方法基于方法1，所以继承了方法1的缺点，同时还要求有更高的被测脉冲能量，无法测量低能量脉冲的脉宽特性。

方法4，是光谱相位相干直接电场重建法(SPIDER法)，待测脉冲进入测量系统后分为两束，一束进入色散介质，产生时域展宽的啁啾脉冲，另一束通过迈克尔逊干涉仪分为两束更小的具有时间延迟的镜像脉冲，然后两个镜像脉冲与展宽的啁啾脉冲在非线性晶体中进行和频转换，由于两个信号脉冲和啁啾脉冲的交叉时间不同，和频后的两个脉冲在频域产生频差，从而在光谱仪中产生干涉条纹。通过测量干涉条纹，由一种非迭代的反演算法，计算相位信息，实现实时测量。相似于方法3，这种方式不仅需要非线性晶体，同时还需要更高的输入脉冲功率。

总之，以上的几种方法或者需要功率过高、或者测量的脉冲与波长范围受到器件设计的限制、或者结构复杂难调节，需要一种综合改进的方法能够在兼顾低成本的同时，实现对脉冲宽度的测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种超短脉冲自相关测量装置和测量方法，通过简单的结构，就可以实现对低功率低能量的超短脉冲宽度的测量。

为了解决上述问题，本发明的技术解决方案如下：

一种超短脉冲自相关测量装置，其特点在于该装置的构成是：沿待测线偏振脉冲光方向依次是第一准直透镜、二分之一波片、偏振分光棱镜，该偏振分光棱镜将输入光分成两路信号光输出，沿第一路信号光方向依次是第一反射镜，该第一路信号光被反射后返回到偏振分光棱镜，沿第二路信号光方向依次是可控延时反射镜、斩光器、返回到偏振分光棱镜，两路信号光在所述的偏振分光棱镜中合并后输出，沿合并光方向依次是第二反射镜、第二准直透镜和碳纳米管饱和吸收体薄膜和光电倍增管，该光电倍增管输出端与锁相放大器的输入端连接，所述的斩光器斩获的信号光输出到所述的锁相放大器的参考信号端，计算机分别连接锁相放大器的通信端口和可控延时反射镜的控制端。

所述的碳纳米管饱和吸收体，通过现有的液相剥离法技术制备，并与聚乙烯醇(PVA)混合制成饱和吸收体薄膜，具有饱和吸收特性，且工作在非线性区间，工作波段为碳纳米管饱和吸收体薄膜的吸收波段。