[发明专利]空间分辨二维单次自相关仪

说明书

技术领域

本发明涉及超短脉冲激光束测量，特别是一种空间分辨二维单次自相关仪，该仪器能够同时测量亚皮秒超短脉冲激光光束传播时间差异（propagation time difference,以下简称为PTD）和脉冲时间宽度。

背景技术

20世纪60年代锁模激光器的发展对脉冲时间宽度的测量提出了新的要求，这是因为锁模激光器输出的脉冲时间宽度远远小于任何光电探测器的响应时间。为此，提出了自相关技术，用于自参考测量超短脉冲的时间宽度。由于锁模激光器输出的超短脉冲能量比较低，在实际应用中需要对脉冲进行放大，在放大过程中脉冲的重复频率降低。为了测量重复频率比较低的超短脉冲的时间宽度、并且实时监测脉冲时间宽度的变化，提出了单次自相关技术。

在先技术中单次自相关仪的结构如图1所示：主要包括：超短脉冲激光束P₀首先通过分束镜1分为反射光束P_r和透射光束P_t，其中反射光束P_r经过固定反射镜2至倍频晶体5，透射光束(P_t)经过固定在平移台上的回射镜3和反射镜4至倍频晶体5，由倍频晶体5输出的激光束再经过柱面镜6和滤光片7进入探测器8。分析由探测器8测得的二次谐波空间分布，计算超短脉冲激光束的时间宽度（参见在先技术[1]F.Salin,P.Georges,G.Roger,and A.Brun,“Single-shot measurement of a52-fs pulse,”Applied Optics Vol.26,Issue.21,4528～4531(1987)）。

在超短脉冲的产生、放大和传输过程中，要使用复杂的光学系统对超短脉冲激光束进行控制，将不可避免的引入时空耦合效应。由透镜系统色差产生的PTD是一种典型的时空耦合效应（参见[2]Z.Bor,“Single-shot measurement of a52-fs pulse,”Journal of Modern Optics Vol.35,Issue.12,1907～1918(1988)）。具有PTD的超短脉冲激光束具有两种脉冲时间宽度，即局部脉宽和整体脉宽。在忽略高阶色散的情况下，在光束横截面内不同位置处局部脉宽保持不变。整体脉宽同时包括局部脉宽和PTD的贡献，然而，在先技术测量超短脉冲激光束脉宽时，对PTD不敏感，难以分辨超短脉冲激光束中是否存在PTD及其大小，测得的脉宽接近于局部脉宽。

发明内容

本发明的目的是弥补上述在先技术无法测量PTD的不足，提供一种空间分辨二维单次自相关仪，该仪器能够同时测量超短脉冲激光束的PTD和局部脉宽。

本发明的技术解决方案如下：

一种空间分辨二维单次自相关仪，特征在于其构成包括：沿被测超短脉冲激光束方向依次的第一圆孔光阑和第二圆孔光阑、平行平晶标准具、菲涅耳双棱镜、倍频晶体、滤光片、狭缝和CCD探测器，该CCD探测器的输出端与计算机的输入端相连，其位置关系是：所述的第一圆孔光阑、第二圆孔光阑、菲涅耳双棱镜、倍频晶体、滤光片、狭缝和CCD探测器同光轴，所述的第一圆孔光阑和第二圆孔光阑具有相同的直径，所述的平行平晶标准具位于且仅充满自第二圆孔光阑输出光束的第4象限，所述的菲涅尔双棱镜的底面为光束入射面，棱线方向沿铅直的x方向。

所述的平行平晶标准具在测量脉冲时间宽度时在线使用，使光束横截面的四分之一产生相对于其余部分固定的时间延迟。

所述的菲涅耳双棱镜将待测超短脉冲进行波阵面分割，其顶角的选取与被测超短脉冲光束脉宽相关，提供相应的量程。

本发明空间分辨二维单次自相关仪的工作过程如下：