[发明专利]一种多重高频量子拍动力学探测装置及其探测方法

说明书

技术领域

本发明属于超快光学技术和非线性光学领域，涉及一种多重高频量子拍动力学探测装置；具体涉及利用该探测装置进行多重高频量子拍动力学探测的方法。

背景技术

目前，超快光学技术和非线性光学取得了显著的进展，已经能够利用气体中高次谐波产生阿秒(1as＝10-18s)脉冲，并且利用超短脉冲研究原子和分子的相干激发和退相过程。在超快光学及非线性光学的研究与应用中，原子和分子的相干过程涉及多重量子拍及其动力学特性，为研究原子和分子的相干过程，需要进行原子和分子的相干激发以及退相过程的探测。但是，现有的利用光电探测器和示波器探测量子拍的方法已不能满足多重高频量子拍及其动力学研究的需要。主要表现在：

(1)量子拍频率的限制：量子拍起源于原子或分子中两个或两个以上能级的相干激发。早期量子拍的产生往往采用纳秒(1ns＝10^-9s)激光泵浦，并用示波器来观察。其原因在于，纳秒激光脉冲相对于飞秒(1fs＝10^-15s)激光脉冲而言，脉冲时间宽度非常大，对应的频谱宽度非常小。由纳秒激光脉冲相干激发的原子或分子中的两个能级非常靠近，它们之间形成的量子拍的频率为GHz(1GHz＝10⁹Hz)量级，对应的周期为纳秒量级，示波器能够响应这一频率的信号，因此，GHz量级量子拍能够直接用示波器来观测。但是，当两个能级之间的频率差为太赫兹THz(1THz＝10¹²Hz)量级或更高时，它们之间形成的量子拍的频率远远超出示波器的响应范围。所以，必须采用其它间接的方法来观测这种高频率的量子拍。

(2)量子拍动力学特性：传统的测量量子拍的方法将光信号导入光电探测器，通过光电转换得到电信号，在示波器上显示，量子拍的频率或周期可以直接从示波器上获得。但是，原子和分子中相关能级之间的相干特性随时间发生变化，传统的测量量子拍的方法无法准确给出量子拍幅度随时间的变化，尤其是多个能级之间的相干形成的多重高频量子拍。

发明内容

本发明的目的是提供一种多重高频量子拍动力学探测装置，解决了现有探测方法因量子拍频率的限制、量子拍动力学特性的限制而无法实现多重高频率量子拍的探测以及其动力学探测的问题。

本发明的另一目的是提供利用上述探测装置进行多重高频量子拍动力学的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种多重高频量子拍动力学探测装置，包括光路设计及光学延迟器、量子拍激发器、量子拍探测及其动力学处理器；

光路设计及光学延迟器包括沿光路依次设置的聚焦透镜a、聚焦透镜b、光阑a、衰减器及分束镜；其中，聚焦透镜a，聚焦透镜b，光阑，衰减器相互平行，分束镜与衰减器呈45°夹角放置，平面反射镜a与分束镜平行；分束镜与平面反射镜a、平面反射镜b、平面反射镜c、光阑b、光阑c及平面反射镜d构成一条反射光路；分束镜与直角反射镜、光阑b、光阑c及平面反射镜d构成另一条反射光路；直角反射镜安装在光学延迟线上；

量子拍激发器包括沿光路设置的聚焦透镜c，原子或分子气体容器和聚焦透镜d，平面反射镜d的出射光入射到聚焦透镜c上；

量子拍探测及其动力学处理器包括沿光路设置的平面反射镜e、滤波片、单色仪、光电倍增管，光电倍增管输出的电信号传递给计算机，聚焦透镜d的出射光入射到平面反射镜e上。

其中，光路设计及光学延迟器中的光学延迟线与计算机连接。

本发明的特征进一步在于，

光阑b、光阑c位于平面反射镜c和平面反射镜d之间；光阑b、光阑c可拆卸。

聚焦透镜a和聚焦透镜b的型号为TLMW-800-45-1025。

平面反射镜的型号为TLMW-800-45-1025。

直角反射镜的型号为TLMW-800-45-1025。

聚焦透镜c和聚焦透镜d的型号为CVI，BICX-25.4-102.4-UV，其焦距为100mm。

原子或分子气体容器为石英玻璃制成的铷原子蒸汽盒，其温度通过加热炉控制。

本发明所采用的另一个技术方案是，多重高频量子拍动力学的探测方法，按以下步骤进行：

步骤1：打开钛宝石激光放大系统，将激光输出功率调2～3W、脉冲宽度调节至100～120fs，形成激光脉冲；

步骤2：将步骤1形成的激光脉冲通过光路设计及光学延迟器中的聚焦透镜a聚焦在空气中，通过自相位调制获得光谱展宽，然后通过聚焦透镜b准直；