一種基于飛秒激光的探測(cè)超快現(xiàn)象的共光路干涉裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)超快瞬態(tài)過程探測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域，利用飛秒激光極短脈沖寬度，可以對(duì)超快瞬態(tài)過程快速采樣，在時(shí)間尺度上有更精細(xì)的時(shí)間快門。對(duì)樣品進(jìn)行多次重復(fù)栗浦，在不同的探測(cè)延遲時(shí)間下，對(duì)超快過程進(jìn)行重復(fù)采樣，最后可將這些多次記錄的結(jié)果拼接成超高時(shí)間分辨率的動(dòng)態(tài)圖像。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾十年來，隨著脈沖激光技術(shù)的飛速發(fā)展，超快脈沖激光被廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域，開辟了新的方向，產(chǎn)生了諸如飛秒光子學(xué)、飛秒物理等交叉學(xué)科。超快脈沖激光以其極短的脈沖寬度，可以提供時(shí)間分辨率高達(dá)飛秒量級(jí)的光探針，可以觀測(cè)記錄超快動(dòng)力學(xué)的瞬態(tài)過程，例如化學(xué)鍵的斷裂與合成、空氣等離子體的激發(fā)過程、電子的電離等超快過程。目前應(yīng)用最廣泛、最有效的技術(shù)為飛秒栗浦-探測(cè)技術(shù)。一般來說，栗浦-探測(cè)過程中的栗浦光和探測(cè)光的相對(duì)時(shí)間延遲是通過平移臺(tái)的空間運(yùn)動(dòng)使兩束光產(chǎn)生光程差來實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上，復(fù)雜光路的空間分布以及器件的光程損耗等產(chǎn)生的光程差往往可以大到與延遲線相比。因此，栗浦光和探測(cè)光的準(zhǔn)確時(shí)間難以精確的控制，無法保證探測(cè)超快過程的時(shí)間分辨精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是解決傳統(tǒng)栗浦探測(cè)超快現(xiàn)象方法的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性差、光程控制誤差極大等問題，提出一種基于飛秒激光的探測(cè)超快現(xiàn)象的共光路干涉簡(jiǎn)易穩(wěn)定裝置。
[0004]本發(fā)明提供的基于飛秒激光的探測(cè)超快現(xiàn)象的共光路干涉裝置包括:
[0005]飛秒光源(I)，選擇具有較短脈寬寬度的激光源，脈沖光的偏振態(tài)與X軸方向一致，可在光源后加偏振片實(shí)現(xiàn)，脈沖光的中心波長(zhǎng)為λ ;
[0006]分光棱鏡(2)，設(shè)置在飛秒光源的出射光路上，棱鏡透反界面與入射光成45°角，是對(duì)該中心波長(zhǎng)λ的光強(qiáng)透反比為1:1的消偏振分光棱鏡；
[0007]雙折射晶體(3)，設(shè)置在分光棱鏡的透射光路上，該雙折射晶體的光軸方向與入射光方向垂直，與雙折射晶體表面平行，并且與脈沖光源的偏振態(tài)成45°角，單脈沖光經(jīng)過雙折射晶體后，由于雙折射效應(yīng)，分為兩個(gè)子脈沖；
[0008]λ /4波片(4)，設(shè)置在雙折射晶體的透射光路上，該λ /4波片的光軸方向與兩個(gè)子脈沖的偏振方向成45 °角；
[0009]栗浦光源(5)，加載在兩個(gè)子脈沖之間，用于激發(fā)超快現(xiàn)象的會(huì)聚激光束，栗浦時(shí)間與第二個(gè)子脈沖的時(shí)間間隔為At，At可控，重復(fù)該過程，可得到具有不同時(shí)間延遲的超快圖像，拼接為高時(shí)間分辨率的動(dòng)態(tài)圖像；
[0010]反射鏡(6)，設(shè)置在λ/4波片的透射光路上，該反射鏡的表面垂直于入射光方向，使入射光按原路折返；
[0011]偏振片(7)，設(shè)置在分光棱鏡的反射光路上，表面垂直于光路，該偏振片的光軸方向與兩個(gè)子脈沖的偏振方向分別成45°角，使兩個(gè)子脈沖在偏振片的光軸方向上有共同的分量，以便于實(shí)現(xiàn)干涉；
[0012]CXD(S)，設(shè)置在偏振片的透射光路上，用于記錄兩個(gè)子脈沖發(fā)生干涉后的干涉條紋。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0014]本發(fā)明裝置與傳統(tǒng)的栗浦探測(cè)裝置相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0015]圖1基于飛秒激光的探測(cè)超快現(xiàn)象的共光路干涉裝置。
[0016]圖中:(1)飛秒光源，(2)分光棱鏡，(3)雙折射晶體，⑷λ/4波片，(5)栗浦源，
(6)反射鏡，(7)偏振片，(8) CCD0
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1:
[0018]如圖1所示，為基于飛秒激光的探測(cè)超快現(xiàn)象的共光路干涉裝置的原理圖，該裝置包括:
[0019]飛秒光源(I)，選擇具有較短脈寬寬度的激光源，脈沖光的偏振態(tài)與X軸方向一致，可在光源后加偏振片實(shí)現(xiàn)，脈沖光的中心波長(zhǎng)為λ ;
[0020]分光棱鏡(2)，設(shè)置在飛秒光源的出射光路上，棱鏡透反界面與入射光成45°角，是對(duì)該中心波長(zhǎng)λ的透反比為1:1的消偏振分光棱鏡；
[0021]雙折射晶體(3)，設(shè)置在分光棱鏡的透射光路上，該雙折射晶體的光軸方向與入射脈沖光方向垂直，與雙折射晶體表面平行，并且與脈沖光源的偏振態(tài)成45°角，根據(jù)晶體的雙折射效應(yīng)可知，當(dāng)脈沖垂直于雙折射晶體的光軸方向入射且晶體光軸平行于晶體表面時(shí)，那么任意偏振狀態(tài)的光入射至雙折射晶體時(shí)，在雙折射晶體內(nèi)分束為共線傳輸?shù)摩瞎夂蚭光，ο光和e光由于在晶體內(nèi)有不同的折射率，在晶體內(nèi)有不同的傳播速度，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)能量相等脈沖間隔一定，偏振方向垂直的子脈沖；
[0022]λ /4波片(4)，設(shè)置在雙折射晶體的透射光路上，該λ /4波片的光軸方向與兩個(gè)子脈沖的偏振方向分別成45°角；
[0023]栗浦光源(5)，加載在兩個(gè)子脈沖之間，用于激發(fā)超快現(xiàn)象的會(huì)聚激光束，栗浦時(shí)間與第二個(gè)單脈沖的時(shí)間間隔為At，At可控，重復(fù)該過程，可得到具有不同時(shí)間延遲的超快圖像，拼接為高時(shí)間分辨率的動(dòng)態(tài)圖像；
[0024]反射鏡(6)，設(shè)置在λ/4波片的透射光路上，該反射鏡的表面垂直于入射光方向，使入射光按原路折返；
[0025]偏振片(7)，設(shè)置在分光棱鏡的反射光路上，表面垂直于光路，該偏振片的光軸方向與兩個(gè)子脈沖的偏振方向分別成45°角，使兩個(gè)子脈沖在偏振片的光軸方向上有共同的分量，以便于實(shí)現(xiàn)干涉；
[0026]CXD(S)，設(shè)置在偏振片的透射光路上，用于記錄兩個(gè)子脈沖發(fā)生干涉后的干涉條紋。
[0027]本發(fā)明裝置的工作過程詳述如下:
[0028](I)以脈沖的出射方向作為z軸方向建立xyz三維直角坐標(biāo)系；
[0029](2)飛秒光源I發(fā)出的單脈沖的偏振態(tài)為沿X軸方向上的線偏振光；
[0030](3)經(jīng)過光軸與X軸正方向成45°角的雙折射晶體3之后，在雙折射晶體內(nèi)分束為共線傳輸?shù)摩瞎夂蚭光，ο光和e光在傳輸方向上有一定的時(shí)間延遲，分為兩個(gè)子脈沖，兩個(gè)子脈沖能量相等偏振態(tài)垂直；第一個(gè)子脈沖的偏振方向與X軸正方向成45°角，第二個(gè)子脈沖的偏振方向與X軸的正方向成135°角；
[0031](4)兩個(gè)子脈沖經(jīng)過λ /4波片4后成為圓偏振光，λ /4波片的光軸沿y方向；
[0032](5)在兩個(gè)子脈沖之間加載栗浦光，栗浦光與第二個(gè)子脈沖間隔Δ t ;
[0033](6)兩個(gè)子脈沖經(jīng)反射鏡6折返后，沿原光路再次進(jìn)入λ /4波片，第一個(gè)子脈沖的偏振方向由圓偏振光變?yōu)榕cX軸的正方向成135°角，第二個(gè)子脈沖的偏振方向由圓偏振光變?yōu)榕cX軸正方向成45°角；
[0034](7)兩個(gè)子脈沖再次經(jīng)過雙折射晶體3，由于兩個(gè)偏振方向的相對(duì)折射率不同，故最終出射的兩個(gè)子脈沖重合在一起，偏振態(tài)分別為與X軸正方向成45°角和與X軸的正方向成135°角；
[0035](8)兩個(gè)子脈沖進(jìn)入分光棱鏡，將其反射至I方向光路中；
[0036](9)由分光棱鏡將子脈沖反射至y方向光路，經(jīng)過光軸沿X軸方向的偏振片7后，兩個(gè)子脈沖的偏振態(tài)變得與偏振片光軸方向一致，并發(fā)生干涉；
[0037](10)由CCD8記錄干涉條紋。
[0038]該裝置的器件均為同軸放置，對(duì)各器件的間距無嚴(yán)格要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于飛秒激光的探測(cè)超快現(xiàn)象的共光路干涉裝置，其特征在于該裝置包括: 飛秒光源(I)，選擇具有較短脈寬寬度的激光源，脈沖光的偏振態(tài)與X軸方向一致，可在光源后加偏振片實(shí)現(xiàn)，脈沖光的中心波長(zhǎng)為入； 分光棱鏡(2)，設(shè)置在飛秒光源的出射光路上，棱鏡透反界面與入射光成45°角，是對(duì)該中心波長(zhǎng)λ的光強(qiáng)透反比為1:1的消偏振分光棱鏡； 雙折射晶體(3)，設(shè)置在分光棱鏡的透射光路上，該雙折射晶體的光軸方向與入射光方向垂直，與雙折射晶體表面平行，并且與脈沖光源的偏振態(tài)成45°角，單脈沖光經(jīng)過雙折射晶體后，由于雙折射效應(yīng)，分為兩個(gè)子脈沖； λ/4波片(4)，設(shè)置在雙折射晶體的透射光路上，該λ/4波片的光軸方向與兩個(gè)子脈沖的偏振方向成45°角； 栗浦光源(5)，加載在兩個(gè)子脈沖之間，用于激發(fā)超快現(xiàn)象的會(huì)聚激光束，栗浦時(shí)間與第二個(gè)子脈沖的時(shí)間間隔為At，At可控，重復(fù)該過程，能夠得到具有不同時(shí)間延遲的超快圖像，拼接為高時(shí)間分辨率的動(dòng)態(tài)圖像； 反射鏡(6)，設(shè)置在λ/4波片的透射光路上，該反射鏡的表面垂直于入射光方向，使入射光按原路折返； 偏振片(7)，設(shè)置在分光棱鏡的反射光路上，表面垂直于光路，該偏振片的光軸方向與兩個(gè)子脈沖的偏振方向分別成45 °角，使兩個(gè)子脈沖在偏振片的光軸方向上有共同的分量，以便于實(shí)現(xiàn)干涉； CCD (8)，設(shè)置在偏振片的透射光路上，用于記錄兩個(gè)子脈沖發(fā)生干涉后的干涉條紋。
【專利摘要】一種基于飛秒激光的探測(cè)超快現(xiàn)象的共光路干涉裝置。本裝置應(yīng)用于光學(xué)干涉探測(cè)的領(lǐng)域，可有效解決當(dāng)前的超快探測(cè)方法的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性差等問題。本發(fā)明方案：飛秒光源發(fā)射出的超短脈沖沿法線垂直入射雙折射晶體后,分為偏振相互垂直、有一定脈沖間隔的兩個(gè)脈沖。兩個(gè)線偏振脈沖經(jīng)過一個(gè)1/4波片，偏振態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光，對(duì)第一個(gè)脈沖進(jìn)行泵浦，在后面加一個(gè)反射鏡，使光路原方向折返。依次通過1/4波片、雙折射晶體，偏振片，最后發(fā)生干涉，將泵浦信息固定在干涉條紋中,由CCD接收。該方法簡(jiǎn)便易行，能夠消除非共軸光路引起的各種誤差?？刹僮餍詮?qiáng)。
【IPC分類】G01N21/00
【公開號(hào)】CN105181590
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510422202
【發(fā)明人】楊勇, 趙東亮, 謝東卓, 翟宏琛
【申請(qǐng)人】南開大學(xué)
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年7月17日