[发明专利]基于时间分辨的亚周期泵浦探测系统

说明书

一种基于时间分辨的亚周期泵浦探测系统，该系统将泵浦探测技术和激光光束的后压缩技术相结合，最终实现材料一个泵浦光学周期内的非线性光学机制测量。本发明中的系统将探测光脉冲的脉宽压缩至泵浦光脉冲的一个周期内，然后将两束光脉冲同时聚焦到待测样品上，产生非线性光学信号，改变泵浦光和探测光之间的时间延迟，可实现在一个泵浦光学周期内对材料样品中的非线性光学信号的时间测量。该发明可以广泛地研究激光与各类固体材料相互作用间的非线性机制产生过程。

技术领域

本发明属于非线性光学领域，具体涉及在一个光学周期内探索光与材料相互作用的非线性物理机制的系统。

背景技术

非线性光学是研究激光场与物质相互作用的一种现象。主要的表现为当激光场强度足够强时，强激光场能够改变材料系统的光学性质，同时产生一系列非线性光学现象，这些非线性光学现象与强激光场的强度并不是一个线性的关系。

泵浦探测技术是研究强激光场与物质相互作用间的非线性效应常用技术之一，其主要原理为两束脉冲激光脉冲同时入射到样品上产生发非线性效应信号，两束激光脉冲分别为泵浦光和探测光，且泵浦光一般比探测光强，控制两束激光脉冲间的时间延迟来测量样品在不同延迟位置处的非线性光学信号，并以此来研究激光与物质间的非线性效应。

目前激光光源的迅速发展已实现可将激光脉冲的脉宽压缩到亚周期或单周期，由此激光与物质相互作用间的非线性光学效应也拓展到了亚周期领域，脉宽小于一个周期的激光脉冲具有较大的相干带宽，其产生的非线性光学现象与几个周期的激光脉冲不同，这为深入研究激光与物质在一个激光脉冲周期内的相互作用过程奠定了基础。

发明内容

本发明的目的是为了研究一个周期内材料的非线性光学机制，提出一种基于时间分辨的亚周期泵浦探测系统。该系统中，探测光的脉冲宽度小于泵浦光的单周期脉冲宽度，这两束光束同时入射到待测样品上时会产生非线性光学信号，通过控制泵浦光与探测光脉冲间的时间延迟可以研究在一个泵浦光学脉冲周期内非线性光学信号的产生过程。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于时间分辨的亚周期泵浦探测系统，其特点在于该系统包括：第一反射镜、延时器、第二反射镜、第三反射镜、光谱展宽装置、啁啾色散补偿装置、光开关、第四反射镜、抛物面镜、第五反射镜和光谱仪；

所述的泵浦光经第一反射镜反射后入射到延迟器上，经所述的延时器入射到第二反射镜上，经第二反射镜将泵浦光反射到第三反射镜上，该泵浦光经第三反射镜后入射到抛物面镜上。

所述的探测光直接入射到所述的光谱展宽装置中，经所述的光谱展宽装置后入射到所述的啁啾色散补偿装置中，经所述的啁啾色散补偿装置后将探测光入射到光开关上，然后该探测光经第四反射镜后入射到抛物面镜上。

入射到所述抛物面镜的泵浦光和探测光经所述的抛物面镜后聚焦到待测样品上，该待测样品会辐射出与泵浦光和探测光有关的非线性信号光，该非线性信号光经第五反射镜反射到光谱仪上。

通过改变延时器的位置，可以控制泵浦光与探测光入射到样品上的延迟时间间隔，从而可以在光谱仪上记录非线性信号光在一个泵浦光周期内的变化趋势。

所述的泵浦光为载波包络相位稳定的脉冲激光。

所述的泵浦光波长大于所述的探测光波长。

所述的基于时间分辨的亚周期泵浦探测系统，其特征在于，所述的系统延时扫描精度明显小于泵浦光的一个光周期。

所述的压缩系统是由充满惰性气体的空心光纤系统组成，入射光脉冲经压缩系统进行光谱展宽后，再经过啁啾补偿系统进行色散补偿，从而完成激光脉冲的脉宽压缩。

所述的探测光经光谱展宽装置和啁啾色散补偿装置后，探测光的光束脉宽小于泵浦光的单周期脉宽。