[发明专利]基于单层石墨烯的脉冲自相关测量装置和测量方法

说明书

一种基于单层石墨烯的超短脉冲自相关测量装置和测量方法，装置包括：沿待测脉冲光的方向依次是第一准直透镜和偏振分光镜，该偏振分光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、第二准直透镜、汇聚到单层石墨烯薄膜的公共点,该单层石墨烯薄膜贴在玻璃基底的前表面，沿第二路信号光方向依次是第二反射镜、可控延时反射镜、第三反射镜、第三准直透镜、汇聚于单层石墨烯薄膜的公共点并输出到光电探测器，该光电探测器的输出端经数据采集卡与计算机相连，该计算机的输出端与所述的可控延时反射镜的控制端相连。本发明简单结构，可以抑制现有自相关技术中非线性材料厚度导致的脉冲展宽，实现对超短脉冲宽度的自相关测量。

技术领域

本发明涉及脉冲宽度自相关测量，特别是一种基于单层石墨烯的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、光传感、光雷达、微波光子学等方面的广泛应用，吸引了大批学者对脉冲宽度这一重要参数进行研究。自相关技术是一种广泛应用的对脉冲宽度进行测量的技术。自相关技术将脉冲分成两路，将两路脉冲共同作用于某种非线性介质，随着两路脉冲之间的延时改变，非线性介质本身产生的响应也相应改变，以此来对脉冲宽度进行测量。

目前自相关测量技术主要有2种：

方法1，是非线性介质采用倍频晶体，并用光电倍增管对晶体产生的脉冲信号倍频光进行探测。通过控制两路光脉冲的延时，产生的倍频光的功率会与延时相关。根据得到的倍频光功率与延时的关系曲线，可以推算出被测脉冲的宽度。这种方法需要对不同的入射波长调节不同的入射角度以实现倍频晶体所必要的相位匹配，并且晶体的厚度与色散限制了可以测量的最小脉冲宽度。倍频晶体和光电倍增管成本昂贵，导致整个系统价格昂贵。此外，该方案可集成性也较差。

方法2，是用具有双光子吸收效应的半导体探测器你替换方法1中的倍频晶体和光电倍增管。由于这些半导体探测器产生的光电流在一定功率区间内与输入的脉冲功率成比例，可以通过测量不同脉冲延时下的光电流图形，来推算脉冲的实际宽度。这种方法对光脉冲宽度的测量受到半导体器件本身波长和功率范围的限制。同时半导体材料的典型弛豫时间在皮秒至亚纳秒，微米级的厚度也一定程度上展宽了脉冲，限制了能够测量的最短脉冲宽度。

总之，以上的方法或者波长相关性大、成本较高、可集成性较差，或者对输入的脉冲波长和功率有限制，可测的最短脉宽有限。因此，需要一种综合改进的方法能够在兼顾高测量参数性能与低成本的同时，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。该装置具有简单的结构，可以抑制现有自相关技术中非线性材料厚度导致的脉冲展宽，实现无失真的超短脉冲宽度的自相关测量。

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，包括：沿待测脉冲光的方向依次是第一准直透镜和偏振分光镜，该偏振分光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、第二准直透镜、汇聚到单层石墨烯薄膜的公共点,该单层石墨烯薄膜贴在玻璃基底的前表面，沿第二路信号光方向依次是第二反射镜、可控延时反射镜、第三反射镜、第三准直透镜、汇聚于单层石墨烯薄膜的公共点并输出到光电探测器，该光电探测器的输出端经数据采集卡与计算机相连，该计算机的输出端与所述的可控延时反射镜的控制端相连。

利用上述超短脉冲自相关测量装置对超短脉冲宽度的测量方法，包括以下步骤：

1)将待测光脉冲输入到第一准直透镜的输入端，经偏振分光棱镜分成两路：一路光经过第一反射镜、第二准直透镜汇聚到单层石墨烯薄膜的公共点，另一路光经第二反射镜、可控延时反射镜、第三反射镜、第三准直透镜、汇聚于单层石墨烯薄膜的公共点并输出至所述的光电探测器；