[实用新型]一种自由电子激光的紫外飞秒种子激光脉冲宽度测量装置

说明书

本实用新型提供一种自由电子激光的紫外飞秒种子激光脉冲宽度测量装置，包括依次相连的输出探针光的振荡器、输出待测光的放大器、三倍频器和测量光路，测量光路包括依次排布的三个高反镜、合束镜、可切换的β‑BBO和频/倍频晶体、色散棱镜、带通滤波片、光电倍增管；合束镜位于待测光与探针光的光路交点，探针光的波长为800nm，待测光的波长为266nm，和频晶体的厚度至多为0.1mm，切割角为44.3°，倍频晶体的厚度至少为0.5mm，切割角为29.2°。本实用新型的激光脉冲宽度测量装置时间分辨率高，测量的准确性高；通过共线结构设计，节省了光学平台的空间，可作为紫外飞秒激光脉宽的在线诊断装置，进行实时监测。

技术领域

本实用新型涉及自由电子激光装置中的紫外飞秒种子激光脉冲宽度的测量装置。

背景技术

飞秒激光在科研、生物、医疗、加工、通信、国防等各个领域的应用获得了深入的发展。其中一个重要的应用是使用紫外飞秒激光作为自由电子激光装置的外种子，与电子束同时注入波荡器中，当满足共振关系时，种子激光将与电子束相互作用并被不断放大直至饱和输出，使得FEL的辐射继承种子激光的特性，即具有很好的相干性和稳定性、极高功率(GW)、窄光谱、窄宽度(几十至几百飞秒)等特点。飞秒激光的脉冲宽度和脉冲形状是激光脉冲重要的光学参量，是外种子型自由电子激光装置(FEL)的源头；对于特定模式的自由电子激光装置(FEL)，由种子激光的脉冲宽度可以直接计算出FEL的脉冲宽度，因此对紫外飞秒激光的实时诊断在FEL的实验中是非常必要的。

在自由电子激光领域，经过调研发现还没有文献或专利论述怎样准确测量紫外飞秒种子激光的脉宽。

在光学领域，目前实用新型专利CN203824652 U中论述的飞秒激光脉冲宽度测量仪采用适用于中心波长为800nm的红外飞秒脉冲宽度测量。实用新型专利CN 101699233 A所公开的单次皮秒激光脉冲宽度测量装置也是通过光学自相关的方法测量皮秒量级的脉冲宽度，采用KDP倍频晶体产生信号光，因此只适用于800nm左右的红外波段。

2010年，华东师范大学戴小民阐述了一种紫外脉冲的互相关测量方法(参见【戴小民；紫外飞秒激光脉冲宽度测量的研究[D]，华东师范大学，2010年】)，其可以用于测量266nm的脉冲宽度。然而，其所采用的BBO晶体的厚度为0.2mm，由于群速度失配效应的影响，这个厚度的晶体会显著降低测量结果的准确性，使得测量获得的互相关曲线有明显的畸变，并且关于怎样通过互相关曲线分布获得准确的测量结果没有论述；此外，由于采用非共线的测量方法，在2束入射光的入射角很小的情况下(小于1°)，需要使出射光传播较远的距离(大于X米)才可以将信号光分离出来，因此占用的光学平台空间较大；再者，对于单脉冲能量为10nJ左右的探针光，该结构不便于寻找互相关信号光的位置。

1988年D.C.Edelstein等人在研究通过BBO晶体产生紫外飞秒脉冲的方法时，阐述了一种测量波长为约210nm，脉宽小于100fs的脉冲宽度的互相关测量方法(参见【D.C.Edelstein,E.S.Wachman,L.K.cheng etal.,“Femtosecond ultraviolet pulsegeneration inβ-BBO”,Appl.Phys.Lett 52(26),1988】)，其采用和频BBO晶体，该BBO晶体的切割角为69°，受制造条件的限制，BBO晶体的最小厚度为0.085mm，通过采用紫外单色器分离出210nm的互相关信号光，但是其只给出了待测光为双曲正割分布情况下的脉宽计算方法。