[发明专利]测量光脉冲载波包络绝对相位的光电离装置

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种测量超短激光脉冲的载波包络绝对相位的装置。

背景技术

锁模技术出现后，脉冲激光成为了激光器的一个主要种类。超短脉冲的潜在应用有化学反应控制，高速电子测量，光通信，生物医学，材料加工，时间计量。近年来，激光脉冲一直向光谱更宽，脉宽更短发展。对于超短脉冲，特别是少于两个光学周期的脉冲，光场的时间变化与光脉冲载波包络相位紧密相关，因此，在依赖于场强的强激光与物质相互作用，阿秒脉冲产生，等领域中，载波包络绝对相位的信息有利于研究电子运动的相位效应。目前，基频倍频自参考法利用红边带倍频与蓝边带差频，可以用来测量和锁定载波包络的频率偏差，信号反馈到控制振荡器抽运光功率后，可以稳定光脉冲的载波包络相位。此外，单脉冲非线性光谱干涉可以反映放大脉冲与脉冲之间的相位变化。用于测量短脉冲的自参考电场重建法可以给出频谱成分的相对相位。但是这些方法都没有给出光脉冲的载波包络绝对相位。而利用光电离电子的不对称性可以判断超短脉冲场的不对称性，从而确定其载波包络绝对相位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种装置，可利用光电离的反方向对称性测量载波包络相位。

本发明提供的装置包括进气系统、真空腔、泵组和信号采集卡，所述真空腔包括探测腔(3)和反应腔(4)，分别与泵组相连，反应腔(4)位于探测腔(3)中心处，将光束聚焦到反应腔(4)内，气体在光场的作用下被电离，光电离电子反向经反应腔(4)左右两侧(沿光的传播方向)小孔射出，探测腔(3)连有两个微通道板探测器(6)，射出的光电离电子分别飞向各自的微通道板探测器(6)，在微通道板探测器(6)上形成脉冲电流，用信号采集卡记录上述脉冲电流信号，从而计算出超短激光脉冲的载波包络相位。

进气系统包括微漏阀(11)和中空直线驱动器(5)。微漏阀(11)有一进气真空法兰，一旋钮可以控制进气量以及关闭进气通道，微漏阀(11)还连接着一根带微孔的进气长细管。中空直线驱动器(5)为可伸缩的直短管，两端是CF真空法兰接口，侧旁有一旋钮调节短管长度并带有标度。

探测腔(3)为立方体，六面各带有CF真空法兰接口。反应腔(4)是一块材料实体，其左面，右面，顶面各带一个小孔，中间穿插一根中空长细管，长细管中心与实体中心重合，中心处管壁有三个小孔与实体的三个小孔对应。另外反应腔(4)的材料实体左右两面各装有两片薄片形电极。

分子泵(10)为涡轮分子泵，要求真空度达到10^-7torr以上。机械泵(9)抽速更大，真空度在10^-4torr以上。

微通道板探测器(6)增益为5E+7倍以上。

微漏阀(11)与中空直线驱动器(5)由真空法兰密闭相连。中空直线驱动器(5)与探测腔(3)顶面由真空法兰密闭连接。微漏阀(11)相接的带微孔进气长细管，穿过中空直线驱动器，延伸到探测腔(3)内中心处的反应腔(4)，管上微孔气体出口对准激光焦斑处，位于整个反应腔体的中心。由于气体密度直接影响到光电离电子数量，微漏阀(11)可用于精密控制气体的进入量，使得光电离电子数适合于信号探测与分析。中空直线驱动器(5)用于控制带微孔进气长细管的微孔位置。探测腔(3)后面中心处由真空法兰接玻璃窗口，前面中心处由真空法兰接三通转机械泵，左右两面中心处各由真空法兰接一个微通道板探测器(6)，上面接进气系统的中空直线驱动器(5)，下面接分子泵(10)。反应腔(4)位于探测腔中心处，反应腔(4)的中空长细管位于探测腔(3)中间，与入射光束平行。它顶侧一孔与进气长细管微孔相接，另外在左、右两侧各有一小孔用于光电离电子飞入探测腔(3)。反应腔(4)的中空长细管前端通过固定支架密闭接到探测腔(3)的后面窗口，前端再由固定支架密闭接到探测腔前面真空法兰接口，并通过三通与机械泵(9)相连通。反应腔(4)是一个分子密度相对较高的真空，适合于阈上电离。探测腔(3)是一个与反应腔(4)相隔离的高真空腔，有利于自由电子飞行。在探测腔(3)中，电子飞向微通道板探测器(6)时，经过低负电势，零电势两个反应腔侧面的电极。微通道板探测器(6)对光电离电子进行放大，输出电流信号。电流信号通过放大器(7)，由数据采集卡(8)采集到计算机分析。

本装置的运行过程如下：