[其他]一種波長調諧自相關測量系統

無效

• 申請號: 85101620
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85101620B
• 公開（公告）日: 1988-10-05
• 發明（設計）人: 徐炳德;葉子青
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00;G04F13/02;G02B27/10
• 代理公司: 中科院長春專利事務所
• 代理人: 顧業華

屬于物理學領域中的一種以采用光學方法為特征的計量裝置-一種掃描自相關裝置的改進。

本發明前，已有一種掃描自相關裝置，〔Modelsup-409scanningauto-Correlator，Spectro-Physicsco.〕用于測量波長可調諧的超短光脈沖的寬度，其基本構成如圖1所示。分束器1-1將入射被測激光脈沖分為兩束，分別經反射鏡1-2和1-3，構成某一夾角投射到由電機1-6帶動旋轉的透明平行平板轉塊1-4上，二光束透過轉塊1-4后，分別經后向反射棱鏡1-5和1-7，在垂直光入射平面（即紙平面）的方向上反向平移一相等的距離，并沿平行原光路的方向返回，再次透過轉塊1-4并經反射鏡1-2，1-3和分束器1-1，在垂直入射平面內平行投射到會聚透鏡1-8上，二光束經會聚透鏡1-8和反射鏡1-9會聚在放置于會聚透鏡1-8焦面的倍頻晶體1-10上，由倍頻晶體1-10出射的倍頻光經紫外帶通濾光片1-11，射入光電接收器1-12。由光電接收器輸出的自相關信號可用示波器觀測。

上述裝置中，由電機1-6帶動旋轉的透明平行平板轉塊1-4是連續改變兩路脈沖相對時間延遲的掃描脈沖延遲機構。由于實心體材料色散和折射率較大，限制了系統脈寬分辨率和脈沖的掃描延遲范圍。另外，該裝置中的核心部件-倍頻晶體，是采用類臨界相位匹配方式工作。因此，具有較小的有效倍頻系數，具有較小的相位匹配基波光束發散角允限。在被測光脈沖的中心波長改變時，用在基波入射平面內轉動晶體的方法作為保持相位匹配條件的相位匹配波長調諧機構。由于晶體轉動后，增加了基波在倍頻晶體內傳播的光程，因此降低了系統的脈寬分辨率，容易造成測量誤差。而且，其諧波方向也將隨晶體轉動而改變。

本發明的目的是為了克服已有裝置的弊端，獲得一種脈寬分辨率和掃描延遲范圍等性能更佳的超短激光脈沖寬度測量系統。

本發明的構成如圖2所示。系統主要由分束器，掃描脈沖延遲機構，相位匹配波長調諧機構，倍頻晶體，紫外帶通濾光片和光電接收器組成。掃描脈沖延遲機構是由轉臂C和在其上安裝的空心鏡2-11組成，轉臂上最好對稱安裝兩個空心鏡2-11。空心鏡2-11是由二直角面鍍反射膜的兩塊等腰直角棱鏡組成，二棱鏡的二直角棱邊相重合，且四個相鄰面互相垂直;或由幾塊平面反射鏡膠結成反射面互相垂直的鏡組。相位匹配波長調諧機構是一個直角棱邊可沿聚光鏡2-14光軸平移的直角反射鏡2-5;或在光束平面內沿垂直聚光鏡2-14光軸方向同步對稱移動的反射鏡組。直角反射鏡2-5是一塊二直角面鍍反射膜的等腰直角棱鏡;或是兩塊底面鍍反射膜的等腰直角棱鏡或兩塊反射面互相垂直的平面反射鏡構成的反射鏡組。倍頻晶體2-7固定放置在聚光鏡2-14的焦面上，其切向為晶片的基波入射表面的法線與晶體Z軸成90°，與晶體X、Y軸均成45°。晶片放置取向為其Z軸與二基波光束入射面垂直。

分束器2-2將入射激光脈沖分成強度相等的兩束光，經按一定方式布置的光路射入空心鏡2-11，由轉動的空心鏡2-11產生相關測量所必須的兩脈沖的相對掃描時間延遲。形成相對時間延遲的二光脈沖再經過一定的路徑后，沿同一直線以相向方面射向直角反射鏡2-5，經直角反射鏡2-5反射后，二光束沿平行聚光鏡2-14光軸方向等高度入射到聚光鏡2-14上，經聚光鏡2-14二光束以相同入射角會聚在置于聚光鏡2-14焦面且入射表面與聚光鏡2-14光軸垂直的倍頻晶體2-7上。由倍頻晶體2-7出射的倍頻光沿光軸方向傳播，此倍頻光經紫外帶通濾光片2-15，由光電倍增管2-8轉換，就成為可用示波器顯示觀測的自相關信號。對不同中心波長的入射光脈沖，只要沿聚光鏡2-14光軸方向平移直角反射鏡2-5，（或沿垂直此光軸方向在光束平面內對稱移動其前述等效鏡組），就可對稱等量改變二基波光束對晶體的入射角，從而實現相位匹配波長調諧的目的。

本發明由于采用上述切向、取向的倍頻晶體，且其位置、取向不動。因此，在相位匹配波長調諧過程中，其諧波（即倍頻光）方向將始終沿聚光鏡光軸方向不變。這樣，對于確定的倍頻晶體而言，在系統使用過程中，將始終保證具有不變的高脈寬分辨率，又由于諧波方向總是與晶體Z軸成90°角，因此，這種晶體工作方式具有非臨界相位匹配的一切優點：具有較大的有效倍頻系數，因而具有較強的自相關信號強度;同時，具有較大的滿足相位匹配條件的基波光束發散角允限。又由于本系統采用色散極小的空心鏡作為掃描脈沖延遲機構，因而也減小了色散對脈寬分辨率及折射率對掃描延遲范圍和掃描線性度的限制。從而進一步提高了系統的性能。此外，本發明還具有相位匹配波長調諧方法簡單、可靠，系統設計、操作簡單等優點。