[发明专利]一种基于光纤时域拉伸色散傅里叶变换的高重频激光光谱测量装置

说明书

一种基于光纤时域拉伸色散傅里叶变换的高重频激光光谱测量装置，包括光衰减单元、色散傅里叶变换单元、多通道波长选择单元、信号探测处理单元；待测脉冲首先进入光衰减单元进行功率的衰减，随后进入色散傅里叶变换单元拉伸时域脉冲，将脉冲的光谱信息映射到时间波形上，多通道波长选择单元将光谱分为多个波段，最后由信号探测处理单元接收处理信号。本发明通过色散傅里叶变换单元，实现待测脉冲的频域到时域的转换；通过多通道波长选择单元的波长选择，提高了待测脉冲重频上限和光谱分辨率。本装置具有结构简单、高光谱分辨率、实时测量等特点，可以对GHz级的高重频激光进行光谱的实时测量。

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及到时域拉伸色散傅里叶变换装置，尤其涉及一种基于光纤时域拉伸色散傅里叶变换的高重频激光光谱测量装置。

背景技术

皮秒及飞秒激光脉冲被广泛用于超快现象分析，如化学反应、生物医学、非线性光学等学科。通常使用光谱仪来测量此类过程中的光谱变化，但是光谱仪的扫描时间往往远大于此类超快现象持续时间，无法进行实时单次测量，而单次测量方法如频域分辨率光学开关法(FROG)和光谱相位相干电场重构法(SPIDER)虽然可以实现单次测量，但是当待测脉冲重复频率大于探测器的刷新频率时，就造成脉冲光谱的重叠，因此不能得到实时的光谱信息。

时域拉伸色散傅里叶变换(TS-DFT)技术的出现解决了这一问题，其核心是利用色散元件的色散特性，在满足远场条件时就可以将入射脉冲的光谱信息映射到时域中，再通过高速光电探测器和大带宽的示波器接收得到光谱信息，相比传统的光谱测量技术而言具有高分辨率、高采样速率、大带宽等优点，被广泛应用于超短脉冲的实时光谱测量中，其主要利用具有色散效应的光学元件，如光纤、光栅、波导等，但是若光脉冲的重复频率达到GHz，脉冲在经过光纤等色散元件色散后脉冲之间可能会有部分重叠，因此示波器接收到的信号会是连续信号，此时不能得到其单个脉冲的光谱信息。

为了避免脉冲信号之间的重叠现象，本发明提出了多通道波长选择技术，它可以将啁啾光脉冲分为几个波段，通过多个高速光电探测器接收，然后经过信号合成处理得到单个脉冲的完整光谱信息，实现了GHz重复频率光脉冲的实时光谱测量，且其分辨率高于传统的光谱仪。

发明内容

基于上述目的，本发明提供了一种基于光纤时域拉伸色散傅里叶变换的高重频激光光谱测量装置。

为了实现高重频激光脉冲光谱的高分辨实时测量，本发明提出了一种基于光纤时域拉伸色散傅里叶变换的高重频激光光谱测量装置，利用单模光纤的色散傅里叶变换特性和多通道波长选择技术，实现了高重频激光光谱的实时高精度测量，消除了高重频激光相邻脉冲光谱重叠的问题，测量原理简单，装置易于搭建，测量结果准确可靠。

本发明的技术解决问题如下：

一种基于光纤时域拉伸色散傅里叶变换的高重频激光光谱测量装置，其特点在于，包括依次放置的光衰减单元、色散傅里叶变换单元、多通道波长选择单元和信号探测处理单元；

所述光衰减单元，用于衰减入射色散光纤前的光脉冲的峰值功率，将其功率降低以满足色散效应远大于非线性效应，忽略光纤中的自相位调制效应导致脉冲光谱的展宽，保证输出光脉冲光谱与输入脉冲光谱的一致性；

所述的色散傅里叶变换单元，用于时域拉伸入射光脉冲，当满足远场条件时，就可以实现对入射光脉冲的傅里叶变换，将脉冲的光谱映射到时域上，得到的时间波形与脉冲的光谱形状一致；

所述的多通道波长选择单元，用于将光脉冲的光谱分成多个部分，分别经不同的光路传输至信号探测处理单元Ⅳ；

所述的信号探测处理单元，用于采集拉伸后的多通道时域信号，并消除高重频引起的信号重叠现象，得到所测光脉冲完整的光谱信息。