[发明专利]一种双开关脉冲的飞秒光克尔门及其实现方法

说明书

本发明公开了一种双开关脉冲飞秒光克尔门及其实现方法，是将传统光克尔门的开关脉冲分为两束，第一束开关脉冲的光路与传统开关光相同，第二束开关脉冲通过半波片将偏振方向调整为与第一开关光偏振方向垂直，经过衰减片和光学延时线可以调节其强度和光程。通过引入第二束开关脉冲，并通过不断地调节其相对与第一开光脉冲的强度和相对延迟时间，使得光克尔门在第一开关脉冲激励的关闭阶段会受到第二束开关脉冲的有效控制，从而确保光克尔门的透过率主要取决于第一开关脉冲，而光克尔门的关闭时间在第二开关脉冲的调控下，大大缩短，进而同时实现飞秒光克尔门的高透过率和超快开关时间。

技术领域

本发明属于超快速成像与测量技术领域，涉及一种双开关脉冲的飞秒光克尔门及其实现方法。

背景技术

发展超快速成像与测量技术，在高速碰撞、爆轰过程、高压放电、视觉机制等瞬态过程研究领域，有着重要的应用价值。通常，利用光电技术可以实现毫秒至亚皮秒的高时间分辨成像，然而在分子结构动力学，超快速表面振动过程、极端时间分辨荧光显微成像、强散射体内部物体识别等研究领域，必须使用基于光子技术的超快速成像技术，比如飞秒全息成像和非线性光学门选通成像技术。

光克尔门选通成像技术是一种典型的非线性光学门选通成像技术。这种成像技术利用光克尔效应构造的光学快门，通常被称为光克尔门，它无需相位匹配，选通光子效率高，具备可达飞秒量级的开关时间。因此，光克尔门选通成像技术在超快动态过程记录、高时间分辨荧光显微技术、强散射体内部物体识别等研究领域，得到了广泛的应用，具有重要的科学意义和应用价值。

在传统的光克尔门选通成像技术中，为了保证较高的信号透过率，往往要求光克尔介质具有较高强度的非线性效应，这类材料的非线性光学效应起源往往包含比重大的非电子响应机制。例如目前最常使用的的光克尔介质二硫化碳，其三阶非线性光学效应主要来源与分子再取向效应，当开关脉冲激励消失后，它会存在较长的分子弛豫时间，导致以二硫化碳为介质的光克尔门关闭时间增加，选通成像的时间分辨率受到限制。另一方面，光克尔门如果使用非线性响应完全起源于电子响应的光克尔介质，例如石英玻璃，其开关时间将非常快，主要受限于开关脉冲的宽度，但是这类材料的光学非线性强度往往较弱，形成的光克尔门在同等条件下，信号透过率较低。因此，发展各种技术，同时提升光克尔门的开关时间和透过率，对于其应用具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双开关脉冲实现高透过率、快开关时间的飞秒光克尔门的方法及其装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种双开关脉冲的飞秒光克尔门装置包括飞秒激光器，在飞秒激光器的发射光路上设有第一分束片，第一分束片将光路分成探测光路和开关光路，其中探测光路上依次设有第二衰减片、第二凸透镜、起偏器、光克尔介质、检偏器、第三凸透镜、长通滤波器和探测器，使探测光被双开关光的光克尔门选通；起偏器的偏振方向与探测光路中的飞秒探测脉冲光的偏振方向相同，检偏器的偏振方向与飞秒探测脉冲光的偏振方向垂直。开关光路上依次设有用于调节开关脉冲的光程的第一光学延时线和用于将开关光分成两束的第二分束片；第一束开关光经过第三衰减片、第二半波片，将第一开关脉冲光的偏振方向调整为与探测光偏振方向成30°～60°，再经过第四凸透镜，到达光克尔介质；第二束开关光经过用于调整光强度的第一衰减片、用于调节第二束开关脉冲光程的第二光学延时线，经过第一半波片，将其偏振方向调整为和第一个开关脉冲偏振方向垂直，再经过第一凸透镜，到达光克尔介质。且两束飞秒开关脉冲光入射到光克尔介质内部的空间位置与飞秒探测脉冲光在光克尔介质内部的空间位置重合。

分开的两束开关光之间存在一定的时间延迟，等效为两个先后出现的光克尔门。第二个光克尔门在时间轴上大约位于第一个光克尔门的关闭阶段，这段时间内的两个光克尔效应产生相互抵消的效果，从而加快光克尔门的关闭速度；两个门的相对位置可通过第二光学延时线进行调节，两个门的开关脉冲强度比值可以由第一衰减片进行调节。

所述的飞秒激光器为含有放大器的飞秒激光系统；