專利名稱：飛秒激光器空間相干性測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛秒激光器，特別是一種飛秒激光器空間相干性測試裝置。
背景技術(shù)：
1962年，在激光器誕生不久，人們就利用調(diào)Q技術(shù)獲得了納秒兆瓦級的激光輸出。1964年，采用鎖模技術(shù)獲得了皮秒吉瓦量級的激光輸出。隨著激光輸出功率的增高，激光介質(zhì)因非線性光學(xué)效應(yīng)為自聚焦引起介質(zhì)本身的破壞。因此，在以后長達(dá)20年的時間，激光器輸出光強(qiáng)一直在1012W/cm2左右徘徊。
1985年，Mouron等人提出了激光器啁啾脈沖放大技術(shù)(簡稱CPA)，使激光輸出脈寬大幅度壓縮。所謂CPA技術(shù)是在維持光譜寬度不變的情形下，通過色散元件將脈寬展寬好幾個數(shù)量級，形成所謂的“啁啾脈沖”，然后進(jìn)行放大。放大以后，再將脈沖進(jìn)行壓縮，利用這種方法脈寬可以壓縮到20飛秒，輸出功率可以達(dá)到1015W。
上個世紀(jì)90年代，人們研制成一系列性能優(yōu)良的寬帶可調(diào)諧，材料為鈦寶石的激光器。1992年，A.Duneitis等人提出的光學(xué)參量啁啾脈沖放大(OPCPA)的全新概念，是將CPA技術(shù)和OPA(光參量放大)技術(shù)相結(jié)合的一種方法，將脈沖寬度壓縮到6.2飛秒。
從上面的討論，我們可以看出，飛秒脈沖激光是利用“克爾”透鏡鎖膜技術(shù)、寬帶固體激光介質(zhì)和Martinez型脈沖展寬光柵對的鈦寶石裝置或釹玻璃激光裝置。
因此幾乎所有飛秒激光器件輸出都是在寬光譜帶的情況下運(yùn)行的，由于激光器的橫向相干性，即空間相干性和縱向相干性，即時間相干性是混合在一起的，并且飛秒激光器的寬光譜輸出，意味著時間相干性很差，因此就不能采用常規(guī)空間相干性測試方法，例如楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)來完成，這就給測試飛秒激光器的空間相干性帶來了困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述在先技術(shù)中所存在的缺點(diǎn)，提出一種飛秒激光器空間相干性測試裝置，它能一次性測量出飛秒寬帶飛秒鈦寶石激光器的空間相干性，既準(zhǔn)確又能實(shí)時地進(jìn)行顯示。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種飛秒激光器空間相干性測試裝置，其特征在于它的構(gòu)成是在一光軸上依次設(shè)有菲涅爾波帶片、小孔光闌、其外輪廓小于波帶片的方孔光闌和探測器，該探測器與計(jì)算機(jī)相連，所述的小孔光闌位于波帶片的焦點(diǎn)處，所述的方孔光闌與小孔光闌和方孔光闌與探測器的距離均為所述波帶片焦距的1/2。
所述的小孔光闌是一個孔徑為0.5-2mm的光闌。
所述的探測器是一個能探測飛秒激光器激光波段圖像的CCD裝置。
所述的波帶片的焦距的選擇范圍為5-50mm。
本發(fā)明的技術(shù)效果如下當(dāng)飛秒鈦寶石激光器工作以后，入射到波帶片上產(chǎn)生衍射，一級衍射波和部分零級波通過光闌和方孔光闌，在探測器上產(chǎn)生干涉條紋，被計(jì)算機(jī)記錄和顯示，給出干涉條紋能見度，一次就可探測到飛秒鈦寶石激光器的空間相干性的數(shù)值。


圖1為本發(fā)明飛秒激光器空間相干性測試裝置原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，先請參閱圖1，圖1為本發(fā)明飛秒激光器空間相干性測試裝置原理圖。由圖可見，本發(fā)明的飛秒激光器空間相干性測試裝置由六部分組成飛秒鈦寶石激光器1，波帶片2，光闌3，方孔光闌4，探測器5，計(jì)算機(jī)6。
本發(fā)明的基本原理本發(fā)明飛秒激光器空間相干性測試裝置，如圖1所示。從飛秒激光源1發(fā)出的激光束經(jīng)波帶片2衍射以后到探測器5上干涉圖的光程為Lr＝Zs+(Zf2+R2)1/2(Zf+f)/Zf＝Zs+(Zf+f)(1+R2/Zf2)1/2＝Zs+(Zf+f)(1+R2/2Zf2-R4/8Zf4)＝Zs+Zf+f+(Zf+f)R2/2Zf2-(Zf+f)R4/8Zf4(1)從飛秒激光源1未經(jīng)波帶片2衍射到干涉圖上的光程為L0＝Zs+f+(Zf-Z0)+(Z02+R2)1/2≈Zs+Zf+f+R2/2Z0-R/8Z03(2)兩者的光程差為ΔL＝|Lf-L0|≈|[(Zf+f)/Zf2-Z0-1]R2/2-[(Zf+f)/Zf4-Z0-3]R4/8|＝|[Z0(Zf+f)-Zf2]R2/2Z0Zf2-[(Zf+f)/Zf4-Z0-3]R4/8| (3)如果下式得到滿足Z0(Zf+f)＝Zf2(4)即當(dāng)Zf＝f，Z0＝f/2時，則有ΔL＝|[Z0-3-(Zf+)/Zf4]R4/8|＝(Zf2-Z02)R4/8Z03Zf2(5)設(shè)需分辨的光源最小半徑為r0，則有Rmax＝0.61Z0λ/r0(6)上述式中Zs-飛秒激光源1至波帶片2的距離；Zf-小孔光闌3至探測器5的距離，Zf＝Z0+f；f-波帶片2的焦距；R-探測器光斑的半徑；Z0-方形光闌4至探測器5的距離；
r0-光源最小半徑；Rmax-探測器上干涉圖半徑。
將上式中為Rmax代入(5)式，得ΔL＝(Zf2-Z02)(0.61Z0λ/r0)4/8Z03Zf2＝Z0(Zf2-Z02)(0.61λ/r0)4/8Zf2(7)因?yàn)椴◣霃溅裬和焦斑半徑rf的關(guān)系為ρk＝0.61fλ/rf(8)ρk＝0.61fλZ0/Zfr0(9)代入具體數(shù)據(jù)假定飛秒激光源輻射波長λ＝800nm波帶片焦距f選為20mm那么可以求得ρk＝6mm Zf＝20mm Z0＝10mm求得ΔL＝0.05μm從上面求得的結(jié)果可以看出，采用這種波帶片進(jìn)行空間相干性測試時，只要在適當(dāng)位置放置光闌3和方孔光闌4就可以獲得準(zhǔn)等光程。這就意味著時間相干性對激光相干性的影響可以忽略不計(jì)，從而完成空間相干性的測量。
本發(fā)明的飛秒激光器空間相干性測試裝置的最佳實(shí)施例如圖1所示。它的構(gòu)成是在光軸上依次有菲涅爾波帶片2、小孔光闌3、其外輪廓小于波帶片2的方孔光闌4、探測器5，該探測器5與計(jì)算機(jī)6相連，所述的小孔光闌3位于波帶片2的焦點(diǎn)處，所述的方孔光闌4與小孔光闌3和方孔光闌4與探測器5的距離均為所述波帶片2焦距的1/2。
所說的飛秒鈦寶石激光器1，是一臺待測激光空間相干性器件，輻射波長為800nm，輸出脈寬100fs、輸出能量1nj，帶寬6nm。
所說的波帶片2，是一塊口徑為6mm，焦距為20mm的菲涅爾波帶片。
所說的光闌3是一個孔徑為2mm光闌，它只能讓飛秒鈦寶石激光器1的一級衍射波和部分零級波通過，它放置在波帶片2的焦點(diǎn)處，即距波帶片2為20mm。
所說的方孔光闌4是一塊邊長為2mm的正方形光闌，它的作用是讓透過波帶片2的零級波和一級衍射波干涉，它放置在距小孔光闌3為10mm，距探測器CCD5為10mm。
所說的探測器5，是一個能探測800nm波段的CCD裝置。用它來探測飛秒鈦寶石激光器的形成干涉圖形。
所說的計(jì)算機(jī)6是一臺用來記錄干涉圖形的裝置，并能實(shí)時給出干涉條紋能見度。
本發(fā)明飛秒激光器空間相干性測試裝置的工作原理和基本過程是當(dāng)飛秒鈦寶石激光器1工作以后，入射到波帶片2上產(chǎn)生衍射，一級衍射波和部分零級波通過光闌3和方孔光闌4，在探測器5上產(chǎn)生干涉條紋，被計(jì)算機(jī)記錄和顯示，給出干涉條紋能見度，由于是一個準(zhǔn)等光程干涉裝置，這就意味著時間相干性對激光相干性的影響可以忽略不計(jì)，一次就可探測到飛秒鈦寶石激光器的空間相干性的數(shù)值。
與在先技術(shù)相比本發(fā)明飛秒激光器空間相干性測試裝置，由于是一個準(zhǔn)等光程干涉裝置，能一次性測量出飛秒寬帶飛秒鈦寶石激光器的空間相干性，既準(zhǔn)確又能實(shí)時地進(jìn)行顯示。
權(quán)利要求
1.一種飛秒激光器空間相干性測試裝置，其特征在于它的構(gòu)成是在一光軸上依次設(shè)有菲涅爾波帶片(2)、小孔光闌(3)、其外輪廓小于波帶片(2)的方孔光闌(4)和探測器(5)，該探測器(5)與計(jì)算機(jī)(6)相連，所述的小孔光闌(3)位于波帶片(2)的焦點(diǎn)處，所述的方孔光闌(4)與小孔光闌(3)和方孔光闌(4)與探測器(5)的距離均為所述波帶片(2)焦距的1/2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒激光器空間相干性測試裝置，其特征在于所述的小孔光闌(3)是一個孔徑為0.5-2mm光闌。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛秒激光器空間相干性測試裝置，其特征在于所述的探測器(5)是一個能探測飛秒激光器激光波段圖像的CCD裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、或2、或3所述的飛秒激光器空間相干性測試裝置，其特征在于所述的波帶片(2)的焦距的選擇范圍為5-50mm。
全文摘要
一種飛秒激光器空間相干性測試裝置，它的構(gòu)成是在奕光軸上依次設(shè)有菲涅爾波帶片、小孔光闌、其外輪廓小于波帶片的方孔光闌、探測器，該探測器與計(jì)算機(jī)相連，所述的小孔光闌位于波帶片的焦點(diǎn)處，所述的方孔光闌與小孔光闌和方孔光闌與探測器的距離均為所述波帶片焦距的1/2。本發(fā)明能一次性測量出飛秒寬帶飛秒鈦寶石激光器的空間相干性，既準(zhǔn)確又能實(shí)時地進(jìn)行顯示。
文檔編號G01J11/00GK1587933SQ20041005407
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月27日
發(fā)明者高鴻奕, 陳建文, 朱化鳳, 李儒新, 徐至展 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所