[发明专利]一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置和测量方法，属于超短脉冲激光测试技术领域。本发明提出的基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置和方法，其中测量装置成本低、结构简单，调节方便，只需旋转非线性晶体，就可实现对任意偏振态的入射脉冲的时间波形测量；采用双棱镜上下分束，不仅减少了双延迟三阶相关信号的等光程调节环节，还可以适应不同非线性晶体的角度匹配要求，提高了装置的紧凑性，对激光束脉冲时间波形的测量效率高，为激光脉冲测量领域的结构设计提供了技术指导。

技术领域

本发明属于超短脉冲激光测试技术领域，具体涉及一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置和测量方法。

背景技术

激光束的脉冲时间波形是评价高功率超短激光性能的重要指标，目前主要的测量工具有FROG(Frequency-Resolved Optical Gating，频率分辨光学开关法)、SPIDER(光谱相位干涉电场重构法)等技术或设备，这些恢复脉冲波形的技术都存在相应的缺陷，要么需要采集大量数据并对其进行复杂的迭代算法才能得到结果，要么需要借助其它的测量工具，而与上述技术相比基于双延迟的三次相关法是一种更为可靠的测量技术，恢复脉冲波形只需采用递归算法；中国专利文献库公开了名称为《一种超短激光脉冲波形测量装置》的实用新型专利(专利号：ZL 2016 2 0733875.7)和名称为《基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置》的实用新型专利(专利号：ZL 2016 2 0734206.1)，两个专利都公开了通过测量双延迟三阶强度相关信号来获得脉冲波形的方法，但这些方法仍存在要求被测激光束具有特定的偏振态、无法适应任意偏振态的脉冲波形测量的缺陷。

发明内容

本发明的发明目的在于：为了克服现有的测量技术在超短激光脉冲波形测量中要求被测激光束具有特定的偏振态的不足，本发明提供一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置和方法，有效适应任意偏振态的脉冲波形测量。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置，所述装置在高功率激光脉冲入射方向上设置有扩束准直镜1、分光镜2；激光脉冲通过扩束准直镜1进行扩束得到扩束光，所述扩束光经分光镜2后分成透射光和反射光；

在分光镜2的反射光路上依次设置有反射镜3、双棱镜4、非线性晶体Ⅰ5；分光镜2的反射光经反射镜3反射后投射到双棱镜4，被双棱镜4分成上下两路分光束，并以对称角度入射到非线性晶体Ⅰ5，通过非线性晶体Ⅰ5在所述上下两路分光束的重叠区域内实现倍频转换，产生的二倍频光束沿与非线性晶体Ⅰ5表面相垂直的方向输出；

在分光镜2的透射光路上依次设置有延迟调节器6、半波片7、非线性晶体Ⅱ8；一方面，分光镜2的透射光经延迟调节器6进行光程延迟，再经半波片7进行偏振态正交旋转后投射到非线性晶体Ⅱ8；另一方面，来自半波片7的基频透射光与来自非线性晶体Ⅰ5的二倍频光束以固定角度同时投射到非线性晶体Ⅱ8上，通过非线性晶体Ⅱ8在两光束的重叠区域内实现频率转换，产生三倍频光，所述的三倍频光沿与非线性晶体Ⅱ8表面相垂直的方向输出；

在经非线性晶体Ⅱ8输出的三倍频光方向上依次设置有衰减滤波片9、CCD 10；所述的三倍频光经过衰减滤波片9进行强度衰减、滤波后进入CCD10，CCD10接收的即为双延迟三阶相关信号；CCD10外接计算机，来自CCD 10的双延迟三阶相关信号输入计算机并进行数据处理和分析，获得激光脉冲波形分布。

进一步还包括：在从非线性晶体Ⅰ5透过的剩余分光束方向上设置有吸收片Ⅰ11，用于吸收剩余的分光束；在从非线性晶体Ⅱ8出射的基频透射光方向上设置有吸收片Ⅱ12，用于吸收剩余的基频透射光；在透过非线性晶体Ⅱ8的二倍频光束方向上设置有吸收片Ⅲ13，用于吸收剩余的二倍频光束。

进一步的，所述的非线性晶体Ⅰ5、非线性晶体Ⅱ8采用非共线Ⅰ类位相匹配，晶轴平行晶体通光面；并根据不同的入射激光波长选用不同的晶体材料。