[发明专利]超强超短激光脉冲远场脉宽的单发测量装置和测量方法

说明书

一种超强超短激光脉冲远场脉宽的单发测量装置和测量方法，装置包括：沿待测超强超短激光脉冲入射方向依次放置的凹面镜、凸面镜、柱面镜、第一反射镜、延迟线、第二反射镜、二阶自相关仪和示波器。待测超强超短激光脉冲首先被由凹面镜和凸面镜组成的缩束系统缩束，缩束后的光束再被柱面镜在竖直方向上一维聚焦，聚焦光束分别通过第一反射镜、延迟线、第二反射镜，最后垂直射入二阶自相关仪，然后通过调节延迟线的高精度平移台使得聚焦光束的一维焦线正好落于二阶自相关仪的倍频晶体上，最后通过示波器获得待测脉冲的远场脉宽。本发明首次实现了高峰值功率激光系统输出超强超短激光脉冲远场脉宽的单发直接测量，具有调节方便、灵活高效和实用性强的特点。

技术领域

本发明涉及超强超短激光脉冲，特别是一种超强超短激光脉冲的远场脉宽的单发测量装置和测量方法。

背景技术

宽带激光介质、锁模技术以及啁啾脉冲放大技术的发明，大大地推动了超强超短激光脉冲的迅猛发展。钛宝石飞秒激光脉冲放大系统已经实现了数拍瓦峰值功率的超强超短激光脉冲输出，而十拍瓦乃至百拍瓦量级的超强超短激光脉冲也正在被全世界所追逐。目前世界范围内超强超短激光领域正处于取得重大突破与开拓应用的关键阶段，国际上也正在大力发展超强激光光源以及依托其的前沿科技创新平台。强激光技术及其应用研究已进入到生命科学、临床医学及纳米尺度成像研究新材料结构等领域并起到了不可替代的强大推动作用。

强激光与物质相互作用是一个强场作用过程，脉冲远场聚焦强度直接决定激光与物质相互作用效果。决定脉冲聚焦强度的因素包括：脉冲能量、脉冲宽度、焦斑尺寸。为了实现高能量输出，同时为了避免非线性效应以及光学损伤等影响，高峰值功率激光系统必然伴随着脉冲时域展宽-压缩、以及光束尺寸的扩束。目前大多数高峰值功率激光系统都采用光栅式的展宽压缩系统，以及利用透射式扩束系统来对激光脉冲进行扩束。然而此类光学元件都具有色差，当脉冲(尤其是超短脉冲)经过它们时，不同频率成分的脉冲将会产生不同的群速度，从而使脉冲前沿发生畸变。脉冲前沿畸变会使脉冲不同位置处脉冲宽度不一样，且在聚焦后不同位置处脉冲前沿到达焦点的时间不同。在这种情况下，脉冲聚焦后的有效脉宽也就是远场脉宽相对于近场局部脉冲宽度将大大展宽。

目前脉冲聚焦强度的计算都是基于近场局部脉冲宽度为依托，但其并不能直接对等于远场脉宽。近场局部脉冲宽度的测量普遍是在输出大口径光斑中取很小部分脉冲，利用自相关原理进行测量。然而此方法并不能把脉冲前沿畸变对脉宽的影响体现在测量结果上。尤其是当超强超短激光脉冲存在脉冲前沿畸变的时候，实际远场脉宽往往远大于近场局部脉冲宽度。更为重要的是，现在并没有一种公认的超强超短激光脉冲远场脉宽的测量标准。另外，对于超高峰值功率激光系统的低重复频率，单发测量显得尤为重要。因此，提出一种简单、准确的超强超短激光脉冲远场脉宽的单发测量装置及测量方法，具有重要意义。能够更为准确地判断出超强超短激光脉冲可获得的实际聚焦强度，从而为强激光与物质相互作用研究提供更好的指导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够用于超强超短激光脉冲远场脉宽的单发测量装置和测量方法，为可获得的实际远场脉冲强度提供依据，从而能够更好地指导激光与物质相互作用的研究。该装置和测量方法首次提出并实现了超强超短激光脉冲远场脉宽的单发直接测量，突破了原来远场脉宽等于近场局部脉冲宽度的近似。该装置和测量方法具有操作简单、科学有效和实用性强的特点。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案如下：

一种超强超短激光脉冲远场脉宽的单发测量装置，其特点在于该装置包括：沿待测超强超短激光脉冲入射方向依次放置的凹面镜、凸面镜、柱面镜、第一反射镜、延迟线、第二反射镜、二阶自相关仪和示波器，所述的凹面镜和凸面镜组成反射式缩束系统，所述的柱面镜是在竖直方向上形成一维聚焦的凹圆柱面的长焦距的柱面镜，所述的延迟线置于一高精度平移台上，所述的待测超强超短激光脉冲首先由所述的反射式缩束系统缩束，再经所述的柱面镜在竖直方向上形成一维聚焦光束，该聚焦光束依次通过所述的第一反射镜、延迟线、第二反射镜，最后垂直射入所述的二阶自相关仪，所述的二阶自相关仪的输出端与所述的示波器的输入端相连。