一种四波混频空间相位匹配系统
1.本实用新型属于四波混频技术领域，具体涉及一种紧凑型多维时间分辨四波混频空间相位匹配系统。
背景技术：
2.相位匹配对四波混频技术产生的信号强度有很大的影响，当入射光子满足动量守恒条件时，产生的信号强度具有最大值。当不为零时，信号强度随的增大快速减小，且具有多个连续减小的局部极大值，因此相位匹配条件对于信号强度具有非常重要的影响。实验中通常利用设置入射光间夹角实现相位匹配，当泵浦光、探测光、斯托克斯光共线入射时，必然满足相位匹配条件。但此时信号光子的出射方向也与入射光共线，不便于将得到的信号与入射光之间进行分离以避免干扰。同时，由于共线相位匹配在整条激光传播路径上均满足相位匹配条件，因此空间分辨率低，不利于进行高空间分辨率测量。由于空间相位匹配相比于共线相位匹配，具有更高的空间分辨率，并且更容易将得到的信号光束与入射光束进行分离等优点，大多数的四波混频实验都是使用空间相位匹配关系以满足三光束四波混频中三束入射光的动量守恒相位匹配关系；并且可以通过调节泵浦光、斯托克斯光、探测光中任意两束光之间的延时来进行多维时间分辨测量，这种相位匹配方式进一步实现了信号的出射方向与入射光在三维空间上的分离，更有利于避免入射光对信号测量的干扰。
3.但是空间相位匹配关系在调节光路时，对光路的设计、镜子摆放的角度以及三束光的位置等都有很精细的要求，导致在搭建满足空间相位匹配的四波混频光路时，需要对平面反射镜的角度进行复杂的调试，所以，搭建光路时所面对的难度较大，需要花费大量的时间和精力，且无法精细满足空间相位匹配条件，导致无法达到四波混频技术对于空间分辨率以及出射信号强度的要求，因此，解决空间相位匹配的问题显得尤为重要。
技术实现要素：
4.本实用新型的目的是为解决现有方法在搭建满足空间相位匹配的四波混频光路时所面对的难度大、需要花费大量的时间且由于无法做到精确满足空间相位匹配条件导致四波混频技术得到的信号强度差，空间分辨率低的问题，而提出了一种四波混频空间相位匹配系统。
5.本实用新型为解决上述技术问题采取的技术方案是：
6.一种四波混频空间相位匹配系统，所述系统包括第一光阑、第二光阑、第三光阑、第一分束镜、第二分束镜、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第三平面反射镜、第四平面反射镜、第五平面反射镜、第六平面反射镜、第七平面反射镜、第八平面反射镜、第九平面反射镜、第十平面反射镜、第十一平面反射镜、第十二平面反射镜、第十三平面反射镜、第十四平面反射镜、第十五平面反射镜、第十六平面反射镜、第十七平面反射镜、第十八平面反射镜、第一聚焦透镜和第二聚焦透镜；其中：
7.飞秒脉冲激光入射至第十七平面反射镜，经过第十七平面反射镜反射后入射至第十六平面反射镜，经过第十六平面反射镜反射的光入射到光阑的中心；
8.经第一光阑透射的光入射至第一分束镜的中心，经过第一分束镜中心获得的透射光入射至第一平面反射镜的中心，经第一平面反射镜中心的反射光入射至第二平面反射镜7的中心；
9.经第二平面反射镜反射的光入射至第三平面反射镜的中心，经第三平面反射镜反射的光入射至第四平面反射镜的中心，经第四平面反射镜反射的光入射至第一聚焦透镜；
10.经过第一分束镜中心获得的反射光入射至第二分束镜的中心，经过第二分束镜中心获得的透射光入射至第十一平面反射镜的中心，经过第十一平面反射镜反射的光入射至第十二平面反射镜的中心；
11.经第十二平面反射镜反射的光入射至第十三平面反射镜的中心，经第十三平面反射镜反射的光入射至第十四平面反射镜的中心，经第十四平面反射镜反射的光入射至第十五平面反射镜的中心；
12.经第十五平面反射镜反射的光通过第二光阑的中心，经第二光阑透射的光入射至第一聚焦透镜；
13.经过第二分束镜中心获得的反射光入射至第五平面反射镜的中心，经第五平面反射镜反射的光入射至第六平面反射镜的中心，经第六平面反射镜反射的光入射至第七平面反射镜的中心；
14.经第七平面反射镜反射回来的光入射至第八平面反射镜的中心，经第八平面反射镜反射的光入射至第九平面反射镜的中心，经第九平面反射镜反射的光入射至第十平面反射镜的中心，经第十平面反射镜反射的光入射至第一聚焦透镜；
15.入射至第一聚焦透镜的三束光汇聚到样品上产生四波混频信号光，四波混频信号光经过第二聚焦透镜的准直后获得的信号光入射至第三光阑的中心，经过第三光阑中心的透射光再入射到第十八平面反射镜的中心，经第十八平面反射镜反射回来的光入射到光谱仪进行信号采集。
16.进一步地，所述系统还包括第一平移台和第二平移台，所述第一平面反射镜和第二平面反射镜固设于第一平移台上，所述第七平面反射镜和第八平面反射镜固设于第二平移台上。
17.进一步地，所述系统还包括光学面包板，所述第一光阑、第二光阑、第三光阑、第一分束镜、第二分束镜、第一平面反射镜至第十五平面反射镜、第一平移台、第二平移台、第一聚焦透镜以及第二聚焦透镜均固设于光学面包板上。
18.进一步地，所述第一分束镜、第二分束镜的透射和反射比均为50：50。
19.进一步地，所述第一光阑和第二光阑的孔径大小均为1mm～4mm。
20.进一步地，所述第一光阑和第二光阑设置的高度相同。
21.进一步地，所述第一平移台和第二平移台的最小移动距离均为0.1μm。
22.更进一步地，所述第一聚焦透镜和第二聚焦透镜的焦距均为150mm。
23.本实用新型的有益效果是：
24.本实用新型提出了一种四波混频空间相位匹配系统，本实用新型通过在系统适当位置设置光阑，并调节平面反射镜使激光通过光阑中心，来实现空间相位匹配关系。通过在
适当位置设置平移台，可通过调节平移台的移动来调节泵浦光、斯托克斯光、探测光任意两束光之间的时间延迟，来实现多维时间分辨；通过将系统放置于可移动的光学面包板上，能更加方便灵活的调节不同四波混频光路的空间相位匹配关系，大大降低了在搭建四波混频光路时的复杂度和难度，并节省了时间。通过精细调节系统中每一个装置的位置和角度，并使其固定在光学面包板上，就可以保证每次在使用该系统时获得精确的空间相位匹配关系，进而可以获得更高的四波混频信号强度和空间分辨率。
附图说明
25.图1是本实用新型的一种四波混频空间相位匹配系统的示意图；
26.图中，1代表第一光阑，2代表第二光阑，3代表第三光阑，4代表第一分束镜，5代表第二分束镜，6代表第一平面反射镜，7代表第二平面反射镜，8代表第三平面反射镜，9代表第四平面反射镜，10代表第五平面反射镜，11代表第六平面反射镜，12代表第七平面反射镜，13代表第八平面反射镜，14代表第九平面反射镜，15代表第十平面反射镜，16代表第十一平面反射镜，17代表第十二平面反射镜，18代表第十三平面反射镜，19代表第十四平面反射镜，20代表第十五平面反射镜，21代表第十六平面反射镜，22代表第十七平面反射镜，23代表第十八平面反射镜，24代表第一聚焦透镜，25代表第二聚焦透镜，26代表第一平移台，27代表第二平移台，28代表光学面包板；
27.图2(a)为产生的信号光和三束入射光的位置示意图；
28.图2(b)为空间相位匹配关系示意图。
具体实施方式
29.具体实施方式一：结合图1说明本实施方式。本实施方式所述的一种四波混频空间相位匹配系统，所述系统包括第一光阑1、第二光阑2、第三光阑3、第一分束镜4、第二分束镜5、第一平面反射镜6、第二平面反射镜7、第三平面反射镜8、第四平面反射镜9、第五平面反射镜10、第六平面反射镜11、第七平面反射镜12、第八平面反射镜13、第九平面反射镜14、第十平面反射镜15、第十一平面反射镜16、第十二平面反射镜17、第十三平面反射镜18、第十四平面反射镜19、第十五平面反射镜20、第十六平面反射镜21、第十七平面反射镜22、第十八平面反射镜23、第一聚焦透镜24和第二聚焦透镜25；其中：
30.飞秒脉冲激光入射至第十七平面反射镜22，经过第十七平面反射镜22反射后入射至第十六平面反射镜21，经过第十六平面反射镜21反射的光入射到光阑1的中心；
31.经第一光阑1透射的光入射至第一分束镜4的中心，入射至第一分束镜4中心的光束分为反射光和透射光，经过第一分束镜4中心获得的透射光入射至第一平面反射镜6的中心，经第一平面反射镜6中心的反射光入射至第二平面反射镜7的中心；
32.经第二平面反射镜7反射的光入射至第三平面反射镜8的中心，经第三平面反射镜8反射的光入射至第四平面反射镜9的中心，经第四平面反射镜9反射的光入射至第一聚焦透镜24；
33.经过第一分束镜4中心获得的反射光入射至第二分束镜5的中心，入射至第二分束镜5中心的光束分为反射光和透射光，经过第二分束镜5中心获得的透射光入射至第十一平面反射镜16的中心，经过第十一平面反射镜16反射的光入射至第十二平面反射镜17的中
心；
34.经第十二平面反射镜17反射的光入射至第十三平面反射镜18的中心，经第十三平面反射镜18反射的光入射至第十四平面反射镜19的中心，经第十四平面反射镜19反射的光入射至第十五平面反射镜20的中心；
35.经第十五平面反射镜20反射的光通过第二光阑2的中心，经第二光阑2透射的光入射至第一聚焦透镜24；
36.经过第二分束镜5中心获得的反射光入射至第五平面反射镜10的中心，经第五平面反射镜10反射的光入射至第六平面反射镜11的中心，经第六平面反射镜11反射的光入射至第七平面反射镜12的中心；
37.经第七平面反射镜12反射回来的光入射至第八平面反射镜13的中心，经第八平面反射镜13反射的光入射至第九平面反射镜14的中心，经第九平面反射镜14反射的光入射至第十平面反射镜15的中心，经第十平面反射镜15反射的光入射至第一聚焦透镜24；
38.入射至第一聚焦透镜24的三束光汇聚到样品上产生第四束四波混频信号光，产生四波混频信号光是由于非线性作用；经过样品后的四束光的位置如图2(a)所示，四束光的空间相位匹配关系如图2(b)所示，经过样品后的四束光(包括三束入射光以及产生的第四束四波混频信号光)经过第二聚焦透镜25的准直，四波混频信号光经过第二聚焦透镜25的准直后获得的信号光入射至第三光阑3的中心，经过第三光阑3中心的透射光再入射到第十八平面反射镜23的中心，经第十八平面反射镜23反射回来的光入射到光谱仪进行信号采集。其它三束入射光被吸收。
39.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述系统还包括第一平移台26和第二平移台27，所述第一平面反射镜6和第二平面反射镜7固设于第一平移台26上，所述第七平面反射镜12和第八平面反射镜13固设于第二平移台27上。
40.图1中，x轴方向的移动对应了平移台左右运动。首先入射的激光依次通过第十七平面反射镜22和第十六平面反射镜21的反射后，通过第一光阑1的中心到达透射反射比为50/50的第一分束镜4的中心，经过第一分束镜4的透射光依次经过第一平面反射镜至第四平面反射镜的反射，最终入射到第一聚焦透镜24，第一平面反射镜6和第二平面反射镜7固定在第一平移台上，通过调节第一平移台在平面直角坐标系的x轴方向运动，可以调整这一束光的延时；经第一分束镜4反射的光，入射到透射反射比为50/50的第二分束镜5，经第二分束镜5反射的光依次经过第五平面反射镜10至第十平面反射镜15的反射，最终经由第十平面反射镜15反射到第一聚焦透镜24。其中，第七平面反射镜12和第八平面反射镜13固定在第二平移台上，通过调节第二平移台在x轴的运动，可以调整这一束光的延时，两束光的延时均可调节，以实现多维时间分辨。
41.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述系统还包括光学面包板28，所述第一光阑1、第二光阑2、第三光阑3、第一分束镜4、第二分束镜5、第一平面反射镜至第十五平面反射镜、第一平移台26、第二平移台27、第一聚焦透镜24以及第二聚焦透镜25均固设于光学面包板28上。
42.通过将上述装置放置于可移动的光学面包板上，能更加方便且灵活的用于不同光路中以调整泵浦光、斯托克斯光、探测光之间的空间相位匹配关系。
43.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：所述第一分束镜4、第
二分束镜5的透射和反射比均为50：50。
44.本实施方式中设置第一分束镜和第二分束镜的透射反射比为50/50，可以使经过分束镜透射和反射后的光束能量相等。
45.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：所述第一光阑1和第二光阑2的孔径大小均为1mm～4mm。
46.本实施方式通过控制入射光光斑大小来进一步控制入射光能量。
47.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：所述第一光阑1和第二光阑2设置的高度相同。
48.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：所述第一平移台26和第二平移台27的最小移动距离均为0.1μm。对应的时间延迟可达到皮秒量级。
49.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：所述第一聚焦透镜24和第二聚焦透镜25的焦距均为150mm。
50.本实用新型的上述内容并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
技术特征：
1.一种四波混频空间相位匹配系统，其特征在于，所述系统包括第一光阑(1)、第二光阑(2)、第三光阑(3)、第一分束镜(4)、第二分束镜(5)、第一平面反射镜(6)、第二平面反射镜(7)、第三平面反射镜(8)、第四平面反射镜(9)、第五平面反射镜(10)、第六平面反射镜(11)、第七平面反射镜(12)、第八平面反射镜(13)、第九平面反射镜(14)、第十平面反射镜(15)、第十一平面反射镜(16)、第十二平面反射镜(17)、第十三平面反射镜(18)、第十四平面反射镜(19)、第十五平面反射镜(20)、第十六平面反射镜(21)、第十七平面反射镜(22)、第十八平面反射镜(23)、第一聚焦透镜(24)和第二聚焦透镜(25)；其中：飞秒脉冲激光入射至第十七平面反射镜(22)，经过第十七平面反射镜(22)反射后入射至第十六平面反射镜(21)，经过第十六平面反射镜(21)反射的光入射到光阑(1)的中心；经第一光阑(1)透射的光入射至第一分束镜(4)的中心，经过第一分束镜(4)中心获得的透射光入射至第一平面反射镜(6)的中心，经第一平面反射镜(6)中心的反射光入射至第二平面反射镜(7)的中心；经第二平面反射镜(7)反射的光入射至第三平面反射镜(8)的中心，经第三平面反射镜(8)反射的光入射至第四平面反射镜(9)的中心，经第四平面反射镜(9)反射的光入射至第一聚焦透镜(24)；经过第一分束镜(4)中心获得的反射光入射至第二分束镜(5)的中心，经过第二分束镜(5)中心获得的透射光入射至第十一平面反射镜(16)的中心，经过第十一平面反射镜(16)反射的光入射至第十二平面反射镜(17)的中心；经第十二平面反射镜(17)反射的光入射至第十三平面反射镜(18)的中心，经第十三平面反射镜(18)反射的光入射至第十四平面反射镜(19)的中心，经第十四平面反射镜(19)反射的光入射至第十五平面反射镜(20)的中心；经第十五平面反射镜(20)反射的光通过第二光阑(2)的中心，经第二光阑(2)透射的光入射至第一聚焦透镜(24)；经过第二分束镜(5)中心获得的反射光入射至第五平面反射镜(10)的中心，经第五平面反射镜(10)反射的光入射至第六平面反射镜(11)的中心，经第六平面反射镜(11)反射的光入射至第七平面反射镜(12)的中心；经第七平面反射镜(12)反射回来的光入射至第八平面反射镜(13)的中心，经第八平面反射镜(13)反射的光入射至第九平面反射镜(14)的中心，经第九平面反射镜(14)反射的光入射至第十平面反射镜(15)的中心，经第十平面反射镜(15)反射的光入射至第一聚焦透镜(24)；入射至第一聚焦透镜(24)的三束光汇聚到样品上产生四波混频信号光，四波混频信号光经过第二聚焦透镜(25)的准直后获得的信号光入射至第三光阑(3)的中心，经过第三光阑(3)中心的透射光再入射到第十八平面反射镜(23)的中心，经第十八平面反射镜(23)反射回来的光入射到光谱仪进行信号采集。2.根据权利要求1所述的一种四波混频空间相位匹配系统，其特征在于，所述系统还包括第一平移台(26)和第二平移台(27)，所述第一平面反射镜(6)和第二平面反射镜(7)固设于第一平移台(26)上，所述第七平面反射镜(12)和第八平面反射镜(13)固设于第二平移台(27)上。3.根据权利要求2所述的一种四波混频空间相位匹配系统，其特征在于，所述系统还包
括光学面包板(28)，所述第一光阑(1)、第二光阑(2)、第三光阑(3)、第一分束镜(4)、第二分束镜(5)、第一平面反射镜至第十五平面反射镜、第一平移台(26)、第二平移台(27)、第一聚焦透镜(24)以及第二聚焦透镜(25)均固设于光学面包板(28)上。4.根据权利要求3所述的一种四波混频空间相位匹配系统，其特征在于，所述第一分束镜(4)、第二分束镜(5)的透射和反射比均为50：50。5.根据权利要求4所述的一种四波混频空间相位匹配系统，其特征在于，所述第一光阑(1)和第二光阑(2)的孔径大小均为1mm～4mm。6.根据权利要求5所述的一种四波混频空间相位匹配系统，其特征在于，所述第一光阑(1)和第二光阑(2)设置的高度相同。7.根据权利要求6所述的一种四波混频空间相位匹配系统，其特征在于，所述第一平移台(26)和第二平移台(27)的最小移动距离均为0.1μm。8.根据权利要求7所述的一种四波混频空间相位匹配系统，其特征在于，所述第一聚焦透镜(24)和第二聚焦透镜(25)的焦距均为150mm。
技术总结
一种四波混频空间相位匹配系统，它属于四波混频技术领域。本实用新型解决了现有方法在搭建满足空间相位匹配的四波混频光路时所面对的难度大、需要花费大量的时间且由于无法做到精确满足空间相位匹配条件导致四波混频技术得到的信号强度差，空间分辨率低的问题。本实用新型将系统放置于可移动的光学面包板上，能更加方便灵活的调节不同四波混频光路的空间相位匹配关系，大大降低了在搭建四波混频光路时的复杂度和难度。通过精细调节系统中每一个装置的位置和角度，并使其固定在光学面包板上，就可以保证每次在使用该系统时获得精确的空间相位匹配关系，进而可以获得更高的四波混频信号强度和空间分辨率。本实用新型适用于四波混频技术领域。波混频技术领域。波混频技术领域。
