[发明专利]超短激光脉冲时间宽度的测量方法

说明书

本发明涉及一种超短激光脉冲时间宽度的测量方法，特别适用于飞秒激光脉冲时间宽度的测量。

在先技术[1](参见Naganuma；Kazunori,Noda；Juichi，美国专利，1987.9.8,US4792230,Method and apparatus for measuring ultrashort optical pulses.)所描述的二次谐波相关法是超短脉冲时间宽度测量法中应用最为广泛的方法。其基本原理是将待测光脉冲分成两束场强相同的光脉冲，分别经过不同的光程，通过非线性晶体产生二次谐波信号，由该信号脉宽反推出待测脉冲宽度。它分为单次发射法和多次发射法两类。多次发射法利用低频振荡器来控制两脉冲的延迟时差，通过记录二次谐波强度与延迟时差的关系来推出脉冲宽度。它需要一串完全相同的脉冲序列才能测量，目前测量范围为皮秒至几个飞秒。单次发射法的基本过程是将时域外形改变为空域外形，两脉冲同时非共线进入非线性晶体，由于在不同坐标处对应的相对时延不同，通过一维光强探测器电荷耦合器(CCD)或多通道分析仪(OMA)即可推出脉冲宽度。它只需一个脉冲即可测量脉宽，但它要求的脉宽能量较高。目前测量范围为皮秒至50飞秒左右。

在先技术中的三次相关法将所测脉冲分为三个脉冲，经过不同的光程进行相关，通过测量其谐波来反推出脉冲宽度。利用它可以了解原始脉冲的对称性。由于需要三次谐波，所需能量要求很高。目前测量范围为皮秒至50飞秒左右。

在先技术[2](参见D.J.Kane,R.Trekino,Optics Letters,18(10),1993,823-825,Single-shot measurement of intensity and phase of an arbitrary ultrashort pulse by usingfrequency-resolved optical gating.)所描述的频率分解光学门法(FROG法)利用克尔(Kerr)效应来重现脉冲，这一方法可在非共轴二次谐波产生自相关测量系统中通过测量二次谐波光的频率来测量脉宽。它可以同时给出振幅和位相信息实现脉冲重构。目前这一方法已能测量皮秒至50飞秒左右的脉宽。

在先技术[3](参见L.Gallman,D.H.Sutter,N.Matuschek et al.,Optics Letters,24(18),1999,1314-1316,Characterization of sub-6-fs optical pulses with spectralphase interferometry for direct electric-field reconstruction.)所描述的光谱位相干涉实现电磁场重构法(SPIDER法)是目前超短脉冲测量法中最新的一种，它利用一对原始脉冲的复制品与展宽的原始脉冲相关产生二次谐波来测量脉冲宽度，实现脉冲重构。它具有可测量的脉冲波长、时间范围宽的优点(超过了上述所有的方法)。它利用了非线性效应，结构也比较复杂。

上述方法均使用到了非线性晶体，其缺点在于入射光的波长受到晶体透过率的限制，检测灵敏度与入射光的偏振状态有关，并且必须满足位相匹配条件。由于要利用非线性晶体，所需入射光必须足够强。除此之外，上述方法还存在这样的问题：结构复杂、插入组件多、难以用于测量50飞秒以下的脉冲。

本发明的目的针对上述在先技术测量方法中所存在的问题，提供一种利用泰伯(Talbot)效应进行超短激光脉冲脉宽测量的方法。与上述在先技术方法相比，它不需非线性效应，所采用的测量装置结构简单，操作简便，所需入射脉冲能量低且分辨率较高。

本发明的激光脉冲时间宽度测量方法是利用泰伯(Talbot)效应对超短激光脉冲时间宽度进行测量。具体测量步骤为：

1．采用测量装置是，将待测激光光源1所发射的超短激光脉冲，通过与待测激光光源同光轴置放的光栅2后，到达同光轴置放的接收面距光栅2出射光面的距离为n倍泰伯距z₀的探测器3；