[发明专利]自参考光谱干涉飞秒激光脉冲的实时测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及飞秒激光脉冲，特别是一种自参考光谱干涉飞秒激光脉冲(形状和宽度)的实时测量方法和装置。本方法可适用于200-3000nm光谱范围内，脉冲宽度在10-300fs的飞秒光学系统。本发明不仅可以适用于兆赫兹重复频率的激光脉冲，同时也适用于单发飞秒激光脉冲的脉冲宽度与脉冲形状的测量。

背景技术

随着飞秒激光技术的发展，飞秒激光脉冲在科研、加工、生物、医疗、国防、通信等社会各个领域的应用越来越广泛。在实验室天体物理、X射线激光、激光电子和质子加速、阿秒激光脉冲产生等强场激光物理、飞秒化学、飞秒非线性光学显微成像等众多重要前沿科学基础研究与应用基础研究都需要飞秒激光脉冲作为工具。在工业和医疗应用上，相对于纳秒和皮秒激光器，飞秒激光加工能够获得更加精细和光滑的表面形状。飞秒激光脉冲最近也被用来进行眼科晶状体的切割手术。在以上所有这些重要基础科学研究与应用中，飞秒激光脉冲宽度是一个重要的光学参量，对它的测量或检测在很多实验中也是十分必要的。因此，一种简单方便有效的激光脉冲宽度测量与监测的方法与装置对于推动飞秒激光技术领域的发展与应用显得非常重要。伴随飞秒激光技术的发展，飞秒激光脉冲宽度测量技术也在不断发展。目前最为常用的方法是自相关法[参见文献1：R.Trebino，Frequency-Resolved Optical Grating：The Measurement of Ultrashort Laser Pulses，(Kluwer Academic Publishers)(2000)]，频率分辨光栅(frequency-resolved optical gating，简称FROG)法[参见文献2：R.Trebino，K.W.DeLong，D.N.Fittinghoff，J.N.Sweetser，M.A.Krumbugel，B.A.Richman，and D.J.Kane，“Measuring ultrashort laser pulses in the time-frequency domain using frequency-resolved optical gating，”Rev.Sci.Instrum.68(9)，3277-3295(1997)]和光谱相位相干直接电场重建(spectral phase interferometry for direct electric-field reconstruction，简称SPIDER)法[参见文献3：C.Iaconis and I.A.Walmsley，“Spectral phase interferometry for direct electric-field reconstruction of ultrashort optical pulses，”Opt.Lett.23(10)，792-794(1998).]。自相关方法原理和结构简单却不能获得飞秒激光脉冲的相位信息。FROG和SPIDER方法可以获得脉冲相位。但是，FROG与SPIDER方法通常需要较长时间重建脉冲。在SPIDER方法中，通常需要非线性光学晶体来转换产生测量信号。由于非线性光学晶体的相位匹配条件，这使得每台测量仪器只能适应于特定的光谱范围，从而限制了这些方法在宽频谱范围内的应用。