[发明专利]一种超快激光光子时间拉伸下的薄膜热响应单脉冲探测方法

权利要求书

1.一种超快激光光子时间拉伸下的薄膜热响应单脉冲探测方法。所述的薄膜瞬态热响应是指吸收超快激光脉冲而处于非热平衡状态下的薄膜材料，在皮秒到纳米时间尺度上的热响应特性，该特性由材料的反射率变化表征。该探测方法的特征在于利用一个探测脉冲完成整个时间尺度的测试，具有高通量的特点，其特征包括如下步骤：

S1.将光源发出的超快激光脉冲分成光强不等的两路光，其中光强强的一路光作为加热样品的泵浦光，光强弱的一路光作为进行探测的探测光；

S2.利用色散元件将探测光脉冲进行光子时间拉伸，使探测光脉冲的持续时间大于要测量的薄膜材料热响应时间；

S3.将泵浦光和探测光同时聚焦到待测薄膜的相同位置；

S4.将从薄膜材料反射的探测光耦合到高速光电测试系统中，记录光子时间拉伸后的探测光脉冲强度随时间的变化，获得薄膜反射率随时间的变化。

S5.将得到的携带薄膜反射率的探测光进行二次拉伸，在时间尺度上放大泵浦光在到达薄膜后的热输运过程的反射率变化细节，记录高分辨率的探测光脉冲强度随时间的变化。

2.一种实现权利要求1所述方法的测试装置，其特征在于包括：超快激光光源、光学耦合器、色散拉伸元件、时间延迟线、空间光学系统、高速光电探测系统。所述超快激光光源产生的飞秒激光通过光学耦合器分为泵浦光和探测光，泵浦光通过空间光学系统聚焦到待测薄膜样品上，探测光通过色散拉伸元件和时间延迟线后，通过空间光学系统聚焦到待测薄膜样品上并与泵浦光重叠，再将样品反射的探测光耦合到高速光电探测系统中，从而实现对薄膜材料瞬态热响应特性的高速、高分辨率测量。

3.根据权利要求2所述的色散拉伸元件，可以是标准单模光纤、色散补偿光纤、啁啾光纤光栅、空间光栅对等所有能利用色散效应对超短脉冲激光进行时间拉伸的光学元件。

4.根据权利要求2所述的空间光学系统，其特征在于可将泵浦光和探测光耦合到待测薄膜表面的相同位置，通过光纤准直器、反射镜、偏振分光镜、波片、手动位移台、透镜等光学元件对两束光的偏振控制和准确定位。

5.根据权利要求2所述的高速光电探测系统，其特征在于由高速光电探测器和高速实时示波器构成，可实现高速信号探测。

6.根据权利要求1所述的一种超快激光光子时间拉伸下的薄膜热响应单脉冲探测方法飞，其特征是：所述薄膜，是指由在超快激光脉冲的作用下会发生非热平衡响应的材料构成，厚度一般不超过1μm，在皮秒到纳米时间尺度上表征热响应特性的薄膜样品。

7.根据权利要求2所述的对薄膜材料瞬态热响应特性的高速测量，其特征是：所述将加载热反射信息的探测光耦合进单模光纤，是指将通过光子时间拉伸的探测光聚焦至薄膜，携带一个脉冲周期的反射率变化信息后通过耦合透镜进入单模光纤，由光电探测器进行光电转换后，高速示波器提取时域信息进行处理。

8.根据权利要求2所述的对薄膜材料瞬态热响应特性的高分辨路测量，其特征是：所述将携带薄膜反射率的探测光进行二次拉伸，是指将已经携带薄膜热反射率的探测光中反射率变化显著的部分通过二次的光子时间拉伸，对反射率变化的细节进行放大，能在精细时间尺度上分析高分辨率的薄膜热输运过程。