專利名稱：超短脈沖頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及超短激光脈沖測量，特別是一種超短脈沖頻率分辨光學(xué)開關(guān)法 測量裝置，它是一種采用一塊反射式達(dá)曼(Dammarm)光柵分束并補(bǔ)償色散的多發(fā)頻率 分辨光學(xué)開光法的超短脈沖測量裝置。
背景技術(shù)：
超短激光脈沖特別是飛秒(fs^10—"秒)激光脈沖具有時域超短、寬光譜和高峰 值功率特性，是進(jìn)行各種超快現(xiàn)象和非線性過程研究的有力工具。飛秒激光脈沖測量有很多種方法，其中頻率分辨光學(xué)開關(guān)法(frequency-resolved optical gating, FROG)[參見在先技術(shù) l"Frequency-Resolved optical Gating: The Measurement of Ultrashort Laser Pulses" Rick Trebino, 2002 Kl而er Academic Publishers]禾Q光譜位相相干電場重構(gòu)法(spectral phase interferometry for direct electric-field reconstruction, SPIDER)[參見在先技術(shù)2 "Spectral phase interferometryfor direct electric-field reconstructionof ultrashort optical pulses" C. Iaconis, A. Walmsley， Optics Letters, Vol. 23 Issue 10 1998]，是目前采用較多的兩種方 法?，F(xiàn)有的頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測量裝置的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，飛秒激光脈沖光1被分束鏡2分成兩束反射的開關(guān)脈沖和透射的探測脈沖，開關(guān)脈沖經(jīng)過直角反-射鏡3沿著反方向反射。該直角反射鏡3被固定在計算機(jī)控制的微動臺4上。探測 脈沖被直角反射鏡5和反射鏡6反射并與開關(guān)脈沖平行。然后將兩束脈沖光被透鏡 7聚焦到非線性晶體8上，產(chǎn)生頻率轉(zhuǎn)換，信號光通過遮光板9被光譜儀10測量接 收，通過微動臺4改變兩束光的時延差得到強(qiáng)度相對于時間和頻率的二維圖譜 (FROGTrace)，對圖譜應(yīng)用迭代算法[參加在先技術(shù)l]得到飛秒脈沖的振幅和位相。 飛秒激光脈沖特別是非常短的脈沖具有很寬的頻譜，因此理想的分束器應(yīng)當(dāng)具 有如下性質(zhì)1. 分束器的反射膜對寬光譜具有平坦的反射率。2. 分束器對透射光的時域展寬盡量小，吸收盡量小。3. 分束器的反射率跟入射光的偏振狀態(tài)無關(guān)。但事實(shí)上目前的分束器很難達(dá)到上述要求，例如，對于20飛秒以下的超短脈 沖，為了減小對透射光的時域展寬，要求反射鏡片厚度不超過50微米，同時要保證表面平整度和基底強(qiáng)度，這是比較難加工的。另外，具有寬光譜的半透半反的膜層 也很難鍍制，成本也很高。另外頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測量方法需要保證兩個脈沖具有相同的光程，由圖1可以看出使用的反射鏡較多，這就增加了光路調(diào)節(jié)的難度。在先技術(shù)3[Enwen Dai, Changhe Zhou, and Guowei Li， "Dammann SHG-FROG for characterization of the ultrashort optical pulses", Opt. Express, Vol. 13, No. 16, 6145-6152]我們提出了一種利用達(dá)曼光柵測量超短脈沖的方法，該方法利用三塊反 射式達(dá)曼光柵將入射光分束并補(bǔ)償色散。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提出一種超短脈沖頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測量裝置，該測量裝置僅利 用單塊反射式達(dá)曼光柵代替分束鏡。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種超短脈沖頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測量裝置，該裝置僅利用一塊lx2反射式達(dá) 曼光柵，還包括第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、計算機(jī)控制的微動臺、透鏡、非線性晶體和光譜儀，所述的反射式lx2達(dá)曼光柵的周期為d，深度為^/4，光柵刻槽水平放置，其中^/〉〉呔.，々為中心波長，第一反射鏡與所述的反射式"2達(dá)曼光柵相對放置，第二反射鏡和第三反射鏡位于同一平面并處于所述的第一反射鏡 與所述的反射式1 x 2達(dá)曼光柵之間。 所述的角度a小于2。。因?yàn)檫_(dá)曼光柵是一種衍射光學(xué)器件，可以容易地將一束入射光分束成 mx" (/ ,"為整數(shù))束。當(dāng)一束中心波長為義的激光垂直入射到到開口比為1:2的反射式達(dá)曼光柵時，反射光會分成強(qiáng)度相同的兩束光，而且出射光與光柵法線的夾角 為^ = siiT'(;i/i/) (1) 光柵深度/z與反射光的衍射效率有關(guān)<formula>formula see original document page 5</formula>其中/+|,/—,分別為+ l級和一l級反射光的強(qiáng)度，/。為入射脈沖光的強(qiáng)度，//為光柵的深度。由公式2可以得出當(dāng)/2 =義/4時，每束反射光具有最高的衍射效率 40.5% ，總的衍射效率為81% 。與在先技術(shù)3相比該技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)只用一塊反射式達(dá)曼光柵，成本降低。 該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)出射光束的自動平行，調(diào)節(jié)更為方便。 出射光路與入射光具有相同的高度，方便測量。 結(jié)構(gòu)緊湊，裝置體積減小。綜上所述，本實(shí)用新型用一塊反射達(dá)曼光柵和三塊反射鏡實(shí)現(xiàn)了超短脈沖光測 量，從而消除了傳統(tǒng)的透/反射式光分束器對脈沖光的影響，同時達(dá)曼光柵的制造技 術(shù)與微電子加工技術(shù)相兼容，因此具有易加工、成本低的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是標(biāo)準(zhǔn)的超短脈沖FROG測量裝置。其中l(wèi)為入射超短脈沖；2為分束鏡；3為直角錐反射鏡；4計算機(jī)控制的微動 臺；5為直角錐反射鏡；6為反射鏡；7為透鏡；8為非線性晶體；9為光闌；10為光譜儀。圖2是本實(shí)用新型利用一塊反射式達(dá)曼光柵的超短脈沖FROG測量裝置側(cè)視圖。 圖3是本實(shí)用新型利用一塊反射式達(dá)曼光柵的超短脈沖FROG測量裝置俯視圖。 其中l(wèi)l為入射光；12為lx2反射式達(dá)曼光柵；13， 14-1， 14-2為反射鏡，15 為計算機(jī)控制的微動臺；16為透鏡；17為非線性晶體；18為光譜儀。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。先請參閱圖2、圖3，圖2和圖3分別是本實(shí)用新型的測量裝置的側(cè)視圖和俯視 圖，由圖可見本實(shí)用新型超短脈沖頻率分辨光學(xué)開光法測量裝置，僅利用一塊lx2反 射式達(dá)曼光柵12，還包括第一反射鏡13、第二反射鏡14-1、第三反射鏡14-2、計算 機(jī)控制的微動臺15、透鏡16、非線性晶體17和光譜儀18，其位置關(guān)系如下所述
的反射式ix2達(dá)曼光柵12的周期為"(j ;U,深度為4/4，光柵刻槽水平放置， 當(dāng)一束中心波長為^，寬度為r。的飛秒脈沖光ll在豎直平面內(nèi)傳輸并以一個小角度 "入射到所述的反射式lx2達(dá)曼光柵12上，在垂直平面內(nèi)被分成一l級和+ 1級兩 束光，這兩束光被放置在后面的第一反射鏡13重新反射到所述的反射式lx2達(dá)曼光 柵12上，再次衍射后得到兩束平行出射的光，這兩束光分別被第三反射鏡14-2和 置于計算機(jī)控制的微動臺15上的第二反射鏡14-1反射后，再被所述的透鏡16聚焦 在非線性晶體17上，由該非線性晶體17的信號光被光譜儀18采集。本實(shí)用新型的一個具體實(shí)施例，采用周期"-100/im表面鍍金的反射式達(dá)曼光 柵12測量中心波長800nm的超短激光脈沖11。光柵12的深度為義/4 = 0.2///n時， 裝置的衍射效率最大。反射式達(dá)曼光柵12和第一反射鏡13的距離為150mra。 " = 1.5 度。透鏡16焦距200咖，非線性晶體17采用偏硼酸鋇(BBO)晶體作為頻率上轉(zhuǎn)換 晶體。通過計算機(jī)控制的微動臺15改變光程并用光譜儀18測量和頻光得到了 FROG 圖譜。
權(quán)利要求1、一種超短脈沖頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測量裝置，其特征在于該裝置僅利用一塊1×2反射式達(dá)曼光柵(12)，還包括第一反射鏡(13)、第二反射鏡(14-1)、第三反射鏡(14-2)、計算機(jī)控制的微動臺(15)、透鏡(16)、非線性晶體(17)和光譜儀(18)，所述的反射式1×2達(dá)曼光柵(12)的周期為d，深度為λc/4，光柵刻槽水平放置，λc為中心波長，第一反射鏡(13)和所述的反射式1×2達(dá)曼光柵(12)相對放置，第二反射鏡(14-1)和第三反射鏡(14-2)位于同一平面并處于第一反射鏡(13)和反射式1×2達(dá)曼光柵(12)之間。
專利摘要一種超短脈沖頻率分辨光學(xué)開關(guān)法測量裝置，該裝置僅利用一塊1×2反射式達(dá)曼光柵，還包括第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、計算機(jī)控制的微動臺、透鏡、非線性晶體和光譜儀，本實(shí)用新型僅用一塊反射達(dá)曼光柵和三塊反射鏡實(shí)現(xiàn)了超短脈沖光測量，從而消除了傳統(tǒng)的透/反射式光分束器對脈沖光的影響，同時達(dá)曼光柵的制造技術(shù)與微電子加工技術(shù)相兼容，因此具有易加工、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01J11/00GK201043917SQ20062004346
公開日2008年4月2日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者周常河, 戴恩文 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所