[发明专利]光波的波形测量装置和方法

说明书

本发明提供一种用于测量光波的波形的装置及方法，根据本发明的实施例的光波测量装置包括：脉冲分离部，将输入光波分离为基础脉冲和信号脉冲；时间延迟调整部，调整所述基础脉冲和所述信号脉冲之间的时间延迟；聚焦部，将调整时间延迟的所述基础脉冲和所述信号脉冲聚焦到电离物质；以及电离量测量部，从借助聚焦的所述基础脉冲以及所述信号脉冲生成的电子和/或离子测量电离量，其中，所述光波测量装置根据时间延迟而获取通过信号脉冲而变化的电离变化量，从而获取输入光波的波形。

技术领域

本发明涉及用于测量光波的装置和方法，更为具体地，涉及一种用于在时域内测量光波的波形的装置及方法。

背景技术

通常，具有脉冲形态的光波的波形的测量是多个应用领域中的必要因素。为了测量光波的电场随时间变化的形状即波形，需要在时域(time domain)或者频域(frequencydomain)测量光波的振幅和相位。

根据现有技术，为了测量光波而使用多样的方法。为了测量光波而最广泛使用的方法之一是利用在非线性物质中生成的谐波(harmonic radiation)。其中，利用自相关(autocorrelation)关系的方式被广泛使用。

在自相关方式中，利用光学干涉仪等而将输入光波分为两个脉冲，并将两个脉冲在非线性物质内重新结合，从而形成谐波。当两个脉冲在时域叠加时，谐波的强度会增加，因此能够通过测量基于两个脉冲之间的时间延迟的谐波强度而确定输入光波的大致的脉冲宽度。

但是根据利用自相关关系的方式，只能获取针对光波的脉冲宽度的大致的信息，而无法获取针对光波的相位的信息。因此无法测量光波的波形。

作为在频域中测量光谱的振幅和相位的方法，可以举出频率光分解(Frequency-Resolved Optical Gating：FROG)方式和频率干涉电场重构(Spectral PhaseInterferometry for Direct Electric-Field Reconstruction：SPIDER)方式的例子。

在频率光分解方式和频率干涉电场重构方式下，与自相关方式类似地利用光学干涉仪等而将输入光波分成两个脉冲，并根据两个脉冲之间的延迟时间来测量在非线性物质中把两个脉冲重新结合而生成的谐波的光谱。在使用如上所述的方式的情况下，能够使用脉冲复原算法来测量输入光波的波形。

然而上述的方法都基于由非线性物质生成的谐波来测量光波，因此存在仅适用于与非线性物质的相位整合条件匹配的特定的波长的问题。

以往提出过一种利用不具有非线性物质的波长限制问题的物质的电离而测量光波的脉冲的方法。现有的利用多光子电离的光波测量方法将光波分为两个脉冲，然后将它们聚焦在电离物质，从而测量根据两个脉冲之间的时间延迟而变化的电离量。在该方法中，对应于将由光波产生的电离量描述为基于多光子电离的电离量的自相关(autocorrelation)方式，并且不存在针对光波的相位的信息。因此，虽然能够测量光波的大致的脉冲宽度，但是无法测量光波的波形。

在阿秒条纹相机(Attosecond streak camera)方法或者Petahertz光学示波(Petahertz optical oscilloscope)方法中，利用高次谐波测量光波的波形。但是，这种方法的缺点为需要高次谐波产生装置及极紫外线测量装置。

最终，根据现有技术的光波测量方法具有如下的问题：

-在自相关方式下不提供针对光波的相位的信息，因此无法测量光波的波形。

-使用非线性物质的光波测量方法(自相关方式、频率光分解方式、频率干涉电场重构方式等)仅可在有限的波长范围内得到引用。

-利用现有的物质的多光子电离而测量光波的方式相当于自相关方式，因此无法测量光波的波形。