[发明专利]适用于测量整形脉冲的光谱剪切干涉仪

说明书

技术领域

本发明涉及整形脉冲测量领域，更具体地，涉及一种适用于测量整形脉冲的光谱剪切干涉仪。

背景技术

飞秒脉冲整形技术在在光化学、量子相干控制、显微成像、光通信、微加工等领域具有重要的应用。飞秒脉冲整形技术主要基于傅立叶转换原理，利用可编程空间光调制器（SLM）来调制脉冲各光谱成分的强度和相位。目前脉冲整形器主要采用液晶型空间光调制器，其可独立调制脉冲各光谱成分的强度和相位，但其容易造成脉冲光谱和/或相位的突变，甚至容易合成出光谱分成几段的脉冲，其很难应用于准确测量复杂的整形脉冲。

目前，测量复杂的整形脉冲，一般需要满足以下条件：（1）应能独立求解脉冲每个频率所对应的相位差；（2）应能方便地选取两个或以上的光谱剪切量Ω来测量同一整形脉冲，从而能准确重现待测脉冲相位曲线的细节；（3）剪切量Ω以及参与和频的辅助脉冲片段的带宽δω这两个系统参数，在脉冲整形和实时测量过程中应该不随待测脉冲特性的变化而改变。

虽然光谱相位相干电场重构法（SPIDER）已成为国际上主流的飞秒脉冲测量技术之一，但传统的SPIDER系统大都采用待测脉冲与强啁啾脉冲和频的方式，致使剪切量Ω和参与和频的辅助脉冲片段的带宽δω与待测脉冲的特性存在关联。而由于在脉冲整形过程中所得到的整形脉冲的特性（特别是啁啾量和脉冲宽度）会有较大范围的改变，而且光谱和相位曲线可能含有瞬变的成分，因而利用传统的SPIDER系统测量上述复杂的整形脉冲时就容易出现误差，准确性低。也就是说，现有各种SPIDER系统在测量整形脉冲方面存在一定的局限性。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种能够准确地重构各种整形后的复杂超短脉冲的适用于测量整形脉冲的光谱剪切干涉仪。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种适用于测量整形脉冲的光谱剪切干涉仪，包括依照待测脉冲传播路径排列而成的分束镜、平面光栅、第一凹面反射镜、双缝挡板、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、直角反射镜、可将脉冲偏振方向旋转90度的潜望镜、中间设有小孔的第四反射镜、二类匹配和频晶体、空间过滤器、光栅光谱仪；所述平面光栅、第一反射镜、第二反射镜到第一凹面反射镜的距离均等于第一凹面反射镜的焦距；其中，待测脉冲的传播路径分两路进行：

第一路由分束镜透射进入平面光栅，经平面光栅、第一凹面反射镜反射进入双缝档板，通过双缝档板形成两个频率有差别的准单色光谱成分，一个准单色光谱成分经第一反射镜、另一个准单色光谱成分经第二反射镜后，再经第一凹面反射镜和平面光栅反射至原入射光束的上方，合成两个不同高度的准单色长脉冲，两个不同高度的准单色长脉冲经过第三反射镜、第四反射镜的非小孔区域进入二类匹配和频晶体；

第二路由分束镜反射，再经直角反射镜、再经过可将脉冲偏振方向旋转90度的潜望镜，然后穿过第四反射镜中间的小孔进入二类匹配和频晶体上，第二路光束在二类匹配和频晶体上的入射位置、入射时间和两个不同高度的准单色长脉冲的入射位置、入射时间相同；

在二类匹配和频晶体上待测脉冲同时与两个准单色长脉冲发生和频作用，生成两个光谱分布相互错开的和频脉冲；

从二类匹配和频晶体出射的光束经过空间过滤器将三个基频脉冲挡住而让两个和频脉冲通过，两个和频脉冲通过空间过滤器后入射至光栅光谱仪。

本发明中的平面光栅、第一凹面反射镜、双缝挡板、第一反射镜和第二反射镜组成一个特殊的4f零色散压缩器，该4f零色散压缩器中平面光栅、第一反射镜和第二反射镜到第一凹面反射镜的距离等于第一凹面反射镜的焦距f，用该4f零色散压缩器加双缝挡板的方式来获得两个准单色长脉冲，使之与待测脉冲发生和频。这种方式能够避免剪切量Ω和参与和频的辅助脉冲片段的带宽δω随待测脉冲的特性变化而改变，又可方便地改变剪切量Ω来测量同一脉冲，并且能够独立求解脉冲每个频率所对应的相位差，因而能够准确测量各种特性的整形脉冲。

作为一种优选方案，所述双缝挡板为一薄金属板，所述薄金属板上设置有一条长细狭缝和一组短细狭缝，待测脉冲入射至双缝挡板时选取长细狭缝和任意一条短细狭缝通过，获得两个频率有差别的准单色光谱成分。剪切量Ω可以通过上下平移双缝挡板来实现。由于待测脉冲各个光谱成分在4f零色散压缩器中往返传播的光程相等，因而平移或更换双缝挡板的操作，不会改变最终获得的两个准单色长脉冲的传播路径和光程，这可为系统测量不同特性的脉冲提供较大的便利。

作为进一步的优选方案，各短细狭缝与长细狭缝之间的水平间距和垂直间距依次递增。