[其他]一种波长调谐自相关测量系统

说明书

属于物理学领域中的一种以采用光学方法为特征的计量装置-一种扫描自相关装置的改进。

本发明前，已有一种扫描自相关装置，〔Modelsup-409scanningauto-Correlator，Spectro-Physicsco.〕用于测量波长可调谐的超短光脉冲的宽度，其基本构成如图1所示。分束器1-1将入射被测激光脉冲分为两束，分别经反射镜1-2和1-3，构成某一夹角投射到由电机1-6带动旋转的透明平行平板转块1-4上，二光束透过转块1-4后，分别经后向反射棱镜1-5和1-7，在垂直光入射平面（即纸平面）的方向上反向平移一相等的距离，并沿平行原光路的方向返回，再次透过转块1-4并经反射镜1-2，1-3和分束器1-1，在垂直入射平面内平行投射到会聚透镜1-8上，二光束经会聚透镜1-8和反射镜1-9会聚在放置于会聚透镜1-8焦面的倍频晶体1-10上，由倍频晶体1-10出射的倍频光经紫外带通滤光片1-11，射入光电接收器1-12。由光电接收器输出的自相关信号可用示波器观测。

上述装置中，由电机1-6带动旋转的透明平行平板转块1-4是连续改变两路脉冲相对时间延迟的扫描脉冲延迟机构。由于实心体材料色散和折射率较大，限制了系统脉宽分辨率和脉冲的扫描延迟范围。另外，该装置中的核心部件-倍频晶体，是采用类临界相位匹配方式工作。因此，具有较小的有效倍频系数，具有较小的相位匹配基波光束发散角允限。在被测光脉冲的中心波长改变时，用在基波入射平面内转动晶体的方法作为保持相位匹配条件的相位匹配波长调谐机构。由于晶体转动后，增加了基波在倍频晶体内传播的光程，因此降低了系统的脉宽分辨率，容易造成测量误差。而且，其谐波方向也将随晶体转动而改变。

本发明的目的是为了克服已有装置的弊端，获得一种脉宽分辨率和扫描延迟范围等性能更佳的超短激光脉冲宽度测量系统。

本发明的构成如图2所示。系统主要由分束器，扫描脉冲延迟机构，相位匹配波长调谐机构，倍频晶体，紫外带通滤光片和光电接收器组成。扫描脉冲延迟机构是由转臂C和在其上安装的空心镜2-11组成，转臂上最好对称安装两个空心镜2-11。空心镜2-11是由二直角面镀反射膜的两块等腰直角棱镜组成，二棱镜的二直角棱边相重合，且四个相邻面互相垂直;或由几块平面反射镜胶结成反射面互相垂直的镜组。相位匹配波长调谐机构是一个直角棱边可沿聚光镜2-14光轴平移的直角反射镜2-5;或在光束平面内沿垂直聚光镜2-14光轴方向同步对称移动的反射镜组。直角反射镜2-5是一块二直角面镀反射膜的等腰直角棱镜;或是两块底面镀反射膜的等腰直角棱镜或两块反射面互相垂直的平面反射镜构成的反射镜组。倍频晶体2-7固定放置在聚光镜2-14的焦面上，其切向为晶片的基波入射表面的法线与晶体Z轴成90°，与晶体X、Y轴均成45°。晶片放置取向为其Z轴与二基波光束入射面垂直。

分束器2-2将入射激光脉冲分成强度相等的两束光，经按一定方式布置的光路射入空心镜2-11，由转动的空心镜2-11产生相关测量所必须的两脉冲的相对扫描时间延迟。形成相对时间延迟的二光脉冲再经过一定的路径后，沿同一直线以相向方面射向直角反射镜2-5，经直角反射镜2-5反射后，二光束沿平行聚光镜2-14光轴方向等高度入射到聚光镜2-14上，经聚光镜2-14二光束以相同入射角会聚在置于聚光镜2-14焦面且入射表面与聚光镜2-14光轴垂直的倍频晶体2-7上。由倍频晶体2-7出射的倍频光沿光轴方向传播，此倍频光经紫外带通滤光片2-15，由光电倍增管2-8转换，就成为可用示波器显示观测的自相关信号。对不同中心波长的入射光脉冲，只要沿聚光镜2-14光轴方向平移直角反射镜2-5，（或沿垂直此光轴方向在光束平面内对称移动其前述等效镜组），就可对称等量改变二基波光束对晶体的入射角，从而实现相位匹配波长调谐的目的。

本发明由于采用上述切向、取向的倍频晶体，且其位置、取向不动。因此，在相位匹配波长调谐过程中，其谐波（即倍频光）方向将始终沿聚光镜光轴方向不变。这样，对于确定的倍频晶体而言，在系统使用过程中，将始终保证具有不变的高脉宽分辨率，又由于谐波方向总是与晶体Z轴成90°角，因此，这种晶体工作方式具有非临界相位匹配的一切优点：具有较大的有效倍频系数，因而具有较强的自相关信号强度;同时，具有较大的满足相位匹配条件的基波光束发散角允限。又由于本系统采用色散极小的空心镜作为扫描脉冲延迟机构，因而也减小了色散对脉宽分辨率及折射率对扫描延迟范围和扫描线性度的限制。从而进一步提高了系统的性能。此外，本发明还具有相位匹配波长调谐方法简单、可靠，系统设计、操作简单等优点。