基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置专利检索-数据处理软件专利检索查询-专利查询网

基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置

阅读：904发布：2022-10-01

专利汇可以提供基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置。被测的平行激光束经过分光镜后将光变成透射光和反射光，透射光经半透半反镜再一次分成透射光和反射光，所述的透射光和反射光经倍频晶体产生二倍频光，将时间强度信息转换为强度自相关一维空间信息，该二倍频光束与分光镜后的反射光束在和频晶体上实现三倍频转换，将时间强度信息转换为强度三阶相关二维空间信息。本发明通过简单的重构技术，不仅能够获得脉冲宽度信息，还能够精确地获得脉冲波形信息，能够处理皮秒、飞秒脉冲波形。测量装置成本低、结构简单，调节方便。，下面是基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置，其特征是：所述的装置中，在高功率激光脉冲入射方向上依次设置分光镜（1）、半透半反镜（2）；激光脉冲通过所述的分光镜（1）分成透射光和反射光，透射光经半透半反镜（2）再一次分成透射光和反射光；在半透半反镜（2）的反射光路依次设置有反射镜Ⅰ（3）、倍频晶体（6）、挡光片Ⅰ（7），在半透半反镜（2）的透射光路上依次设置有延迟调节器Ⅰ（4）、反射镜Ⅱ（5）、倍频晶体（6）、挡光片Ⅱ（8）；半透半反镜（2）的反射光经反射镜Ⅰ（3）反射到倍频晶体（6），反射光经倍频晶体（6）透射后被挡光片Ⅰ（7）吸收；所述的半透半反镜（2）的透射光经延迟调节器Ⅰ（4）进行光程延迟后投射到反射镜Ⅱ（5），经反射镜Ⅱ（5）反射到倍频晶体（6），反射光经倍频晶体（6）透射后被挡光片Ⅱ（8）吸收；从反射镜Ⅰ（3）反射的光束与从反射镜Ⅱ（5）反射的光束同时投射到倍频晶体（6）上，在两反射光束重叠区域实现倍频转换，产生的二倍频光沿与倍频晶体（6）表面相垂直的方向输出；在倍频晶体（6）输出的二倍频光束方向上依次设置导光镜组（9）、和频晶体（14）、衰减片Ⅰ（15）、CCDⅠ（16）；所述的二倍频光束经导光镜组反射后投射到和频晶体（14），二倍频光束经和频晶体（14）透射后投射到衰减片Ⅰ（15）进行强度衰减，进入CCDⅠ（16）；在分光镜（1）的反射光路依次设置有反射镜Ⅲ（10）、延迟调节器Ⅱ（11）、反射镜Ⅳ（12）、反射镜Ⅴ（13）、和频晶体（14）、挡光片Ⅲ（19）；所述的分光镜（1）的反射光经反射镜Ⅲ（10）反射后进入延迟调节器Ⅱ（11）进行光程延迟，从延迟调节器Ⅱ（11）出射的光束再依次经反射镜Ⅳ（12）、反射镜Ⅴ（13）后投射到和频晶体（14），从反射镜Ⅴ（13）反射的基频光经和频晶体（14）透射后被挡光片Ⅲ（19）吸收；从反射镜Ⅴ（13）反射的基频光与导光镜组（9）出射的二倍频光同时投射到和频晶体（14）上，在所述的基频光与二倍频光的重叠区域实现三倍频转换，产生的三倍频光沿与和频晶体（14）表面相垂直的方向输出；在三倍频光束方向上依次设置衰减片Ⅱ（17）、CCDⅡ（18），三倍频光束经衰减片Ⅱ（17）进行强度衰减，进入CCDⅡ（18）；所述的CCDⅠ（16）、CCDⅡ（18）分别外接计算机，来自CCDⅠ（16）、CCDⅡ（18）的信号最后进入计算机进行数据处理。
2.根据权利要求1所述的基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置，其特征是：所述的导光镜组（9）由四块导光镜构成；在二倍频光束传输方向上依次设置有导光镜Ⅰ（9-1）、导光镜Ⅱ（9-2）、导光镜Ⅲ（9-3）、导光镜Ⅳ（9-4）；导光镜Ⅰ（9-1）将入射水平光束垂直向上反射，导光镜Ⅱ（9-2）将垂直光束水平反射，水平反射光束出射方向与入射水平光束垂直，导光镜Ⅲ（9-3）将水平反射光束垂直向下反射，导光镜Ⅳ（9-4）将垂直向下反射的光束水平反射，最终出射的水平反射光束与入射水平光束在同一平面内，水平反射光束与入射水平光束垂直。
3.根据权利要求1所述的基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置，其特征是：所述的倍频晶体（6）、和频晶体（14）采用90o非共线匹配。

说明书全文

基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置

技术领域

[0001] 本发明属于超短激光脉冲测试技术领域，具体涉及一种基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置。

背景技术

[0002] 目前，一般通过测量二阶、单延迟的三阶强度相关函数来推知超短激光脉冲的脉宽，但是，只测得二阶、单延迟的三阶强度相关函数并不能确定脉冲的形状，因此二阶、三阶相关仪主要用来测量脉冲的对比度。名称为《高功率超短激光脉冲对比度测量装置》的实用新型专利（专利号：ZL 2007 2007 7677.0）公开了一种通过单延迟的三阶G(3)(τ)强度相关函数来获得脉冲对比度的测量方法，名称为《一种单发次超短激光脉冲对比度测量装置》的实用新型专利（专利号：ZL 2010 2029 3190.8）公开了一种采用两个延迟机构形成两个单延迟的三阶自相关信号，分别测试相关信号主峰和脉冲前沿的方法获得对比度信息。FROG及其变种虽然能够测量脉冲的形状，但计算繁复，且脉宽测量范围有限。

发明内容

[0003] 为了克服现有的测量技术在超短激光脉冲波形测量中测量范围有限、恢复脉冲波形计算繁复的不足，本发明提供一种基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置。

[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0005] 本发明的基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置，其特点是，所述的装置中，在高功率激光脉冲入射方向上依次设置分光镜、半透半反镜。激光脉冲通过所述的分光镜分成透射光和反射光，透射光经半透半反镜再一次分成透射光和反射光。在半透半反镜的反射光路依次设置有反射镜Ⅰ、倍频晶体、挡光片Ⅰ，在半透半反镜的透射光路上依次设置有延迟调节器Ⅰ、反射镜Ⅱ、倍频晶体、挡光片Ⅱ；半透半反镜的反射光经反射镜Ⅰ反射到倍频晶体，反射光经倍频晶体透射后被挡光片Ⅰ吸收；所述的半透半反镜的透射光经延迟调节器Ⅰ进行光程延迟后投射到反射镜Ⅱ，经反射镜Ⅱ反射到倍频晶体，反射光经倍频晶体透射后被挡光片Ⅱ吸收；从反射镜Ⅰ反射的光束与从反射镜Ⅱ反射的光束同时投射到倍频晶体上，在两反射光束重叠区域实现倍频转换，产生的二倍频光沿与倍频晶体表面相垂直的方向输出；在倍频晶体输出的二倍频光束方向上依次设置导光镜组、和频晶体、衰减片Ⅰ、CCDⅠ；所述的二倍频光束经导光镜组反射后投射到和频晶体，二倍频光束经和频晶体透射后投射到衰减片Ⅰ进行强度衰减，进入CCDⅠ；在分光镜的反射光路依次设置有反射镜Ⅲ、延迟调节器Ⅱ、反射镜Ⅳ、反射镜Ⅴ、和频晶体、挡光片Ⅲ；所述的分光镜的反射光经反射镜Ⅲ反射后进入延迟调节器Ⅱ进行光程延迟，从延迟调节器Ⅱ出射的光束再依次经反射镜Ⅳ、反射镜Ⅴ后投射到和频晶体，从反射镜Ⅴ反射的基频光经和频晶体透射后被挡光片Ⅲ吸收；从反射镜Ⅴ反射的基频光与导光镜组出射的二倍频光同时投射到和频晶体上，在所述的基频光与二倍频光的重叠区域实现三倍频转换，产生的三倍频光沿与和频晶体表面相垂直的方向输出；在三倍频光束方向上依次设置衰减片Ⅱ、CCDⅡ，三倍频光束经衰减片Ⅱ进行强度衰减，进入CCDⅡ；所述的CCDⅠ、CCDⅡ分别外接计算机，来自CCDⅠ、CCDⅡ的信号最后进入计算机进行数据处理。

[0006] 所述的导光镜组由四块导光镜构成。在二倍频光束传输方向上依次设置有导光镜Ⅰ、导光镜Ⅱ、导光镜Ⅲ、导光镜Ⅳ。导光镜Ⅰ将入射水平光束垂直向上反射，导光镜Ⅱ将垂直光束水平反射，水平反射光束出射方向与入射水平光束垂直，导光镜Ⅲ将水平反射光束垂直向下反射，导光镜Ⅳ将垂直向下反射的光束水平反射，最终出射的水平反射光束与入射水平光束在同一平面内，水平反射光束与入射水平光束垂直。

[0007] 所述的倍频晶体、和频晶体采用90o非共线匹配。根据不同的入射激光波长选用不同的晶体材料如BBO、KDP等,可以采用不同的非共线位相匹配方式如ooe、oee等。

[0008] 本发明的有益效果是：

[0009] 1. 本发明的测量装置成本低、结构简单，调节方便，采用倍频晶体与和频晶体相组合，将三阶脉冲强度时间相关信号转换为利于探测的空间强度二维分布，通过简单的重构技术，不仅可以获得脉冲宽度信息，还可以精确地获得脉冲波形信息。

[0010] 2. 本发明采用90度非共线位相匹配，双延迟机构可以独立调节，增大了时间测量范围。附图说明

[0011] 图1是本发明的基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置光路示意图；

[0012] 图2是本发明中的导光镜组光路示意图；

[0013] 图中，1.分光镜 2. 半透半反镜 3.反射镜Ⅰ 4. 延迟调节器Ⅰ 5. 反射镜Ⅱ 6. 倍频晶体 7. 挡光片Ⅰ 8. 挡光片Ⅱ 9. 导光镜组 10. 反射镜Ⅲ 11. 延迟调节器Ⅱ 12. 反射镜Ⅳ 13. 反射镜Ⅴ 14. 和频晶体 15. 衰减片Ⅰ 16. CCDⅠ 17. 衰减片Ⅱ 18. CCDⅡ 19. 挡光片Ⅲ 9-1. 导光镜Ⅰ 9-2. 导光镜Ⅱ 9-3. 导光镜Ⅲ 9-4. 导光镜Ⅳ。

具体实施方式

[0014] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

[0015] 实施例 1

[0016] 图1是本发明的基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置光路示意图，图2是本发明中的导光镜组光路示意图，为图1中的导光镜组的A向侧视图。在图1、图2中，本发明的基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置中，在高功率激光脉冲入射方向上依次设置分光镜1、半透半反镜2；激光脉冲通过所述的分光镜1分成透射光和反射光，透射光经半透半反镜2再一次分成透射光和反射光；在半透半反镜2的反射光路依次设置有反射镜Ⅰ3、倍频晶体6、挡光片Ⅰ7，在半透半反镜2的透射光路上依次设置有延迟调节器Ⅰ4、反射镜Ⅱ5、倍频晶体6、挡光片Ⅱ8；半透半反镜2的反射光经反射镜Ⅰ3反射到倍频晶体6，反射光经倍频晶体6透射后被挡光片Ⅰ7吸收；所述的半透半反镜2的透射光经延迟调节器Ⅰ4进行光程延迟后投射到反射镜Ⅱ5，经反射镜Ⅱ5反射到倍频晶体 6，反射光经倍频晶体6透射后被挡光片Ⅱ8吸收；
从反射镜Ⅰ3反射的光束与从反射镜Ⅱ5反射的光束同时投射到倍频晶体6上，在两反射光束重叠区域实现倍频转换，产生的二倍频光沿与倍频晶体6表面相垂直的方向输出；在倍频晶体6输出的二倍频光束方向上依次设置导光镜组9、和频晶体14、衰减片Ⅰ15、CCDⅠ16；所述的二倍频光束经导光镜组反射后投射到和频晶体14，二倍频光束经和频晶体14透射后投射到衰减片Ⅰ15进行强度衰减，进入CCDⅠ16；在分光镜1的反射光路依次设置有反射镜Ⅲ10、延迟调节器Ⅱ11、反射镜Ⅳ12、反射镜Ⅴ13、和频晶体14、挡光片Ⅲ19；所述的分光镜1的反射光经反射镜Ⅲ10反射后进入延迟调节器Ⅱ11进行光程延迟，从延迟调节器Ⅱ11出射的光束再依次经反射镜Ⅳ12、反射镜Ⅴ13后投射到和频晶体14，从反射镜Ⅴ13反射的基频光经和频晶体14透射后被挡光片Ⅲ19吸收；从反射镜Ⅴ13反射的基频光与导光镜组9出射的二倍频光同时投射到和频晶体14上，在所述的基频光与二倍频光的重叠区域实现三倍频转换，产生的三倍频光沿与和频晶体14表面相垂直的方向输出；在三倍频光束方向上依次设置衰减片Ⅱ17、CCDⅡ18，三倍频光束经衰减片Ⅱ17进行强度衰减，进入CCDⅡ18；所述的CCDⅠ16、CCDⅡ18分别外接计算机，来自CCDⅠ16、CCDⅡ18的信号最后进入计算机进行数据处理。

[0017] 所述的导光镜组9由四块导光镜构成；在二倍频光束传输方向上依次设置有导光镜Ⅰ9-1、导光镜Ⅱ9-2、导光镜Ⅲ9-3、导光镜Ⅳ9-4；导光镜Ⅰ9-1将入射水平光束垂直向上反射，导光镜Ⅱ9-2将垂直光束水平反射，水平反射光束出射方向与入射水平光束垂直，导光镜Ⅲ9-3将水平反射光束垂直向下反射，导光镜Ⅳ9-4将垂直向下反射的光束水平反射，最终出射的水平反射光束与入射水平光束在同一平面内，水平反射光束与入射水平光束垂直，如图2所示。

[0018] 所述的倍频晶体6、和频晶体14采用90o非共线匹配。根据不同的入射激光波长选用不同的晶体材料如BBO、KDP等,可以采用不同的非共线位相匹配方式如ooe、oee等。

[0019] 所述的倍频晶体 6将激光脉冲时间信号I(t)转换为沿水平方向的空间二阶相关信号G(2)(x1)。

[0020] 所述的导光镜组 9将倍频晶体 6产生的沿水平方向的相关信号G(2)(x1)转换为沿垂直方向的相关信号G(2)(y)，同时将相关信号由垂直偏振转换为水平偏振。

[0021] 所述的和频晶体 14将基频脉冲光与二倍频光进行和频，转换为三阶相关信号G(3)(x,y)。

[0022] 所述的延迟调节器Ⅰ4、延迟调节器Ⅱ11不仅可以确定三阶强度相关信号的零点G(3)(x＝0,y＝0)，还可以扩展G(3)(x,y)的视场范围。

[0023] 本发明的基于三阶相关法的激光脉冲波形测量的基本原理是：利用二阶相关函数G(2)(τ)和双延迟三阶相关函数G(3)( τ1, τ2)可以准确确定出光脉冲的光谱分布，再通过傅立叶变换求出脉冲波形；而借助倍频晶体以及和频晶体的非共线频率转换，可以将时间相关函数G(2)(τ)、G(3)( τ1, τ2)转换为时间－空间坐标一一对应的、可以直接测量的空间强度分布G(2)(x1)、G(3)( x, y)，再通过简单的时间－空间坐标变换恢复出被测脉冲波形。

[0024] 从相关函数恢复脉冲波形的基本原理是：

[0025] 通过二阶相关函数G(2)(τ)可以获得光脉冲的谱强度的幅值|I(ν)|：

[0026] （1）

[0027] 式中，ν表示频率，i表示单位复量，τ表示时间。

[0028] 通过双时间延迟三阶相关函数G(3)( τ1, τ2)可以获得光脉冲的谱强度的相位φ(ν)：

[0029] ；（2）

[0030] （3）

[0031] 这样，借助二阶相关函数G(2)(τ)和双延迟三阶相关函数G(3)( τ1, τ2)可以确定光脉冲的光谱分布I(ν)＝|I(ν)|exp（iφ(ν)），再通过傅立叶变换就可以恢复脉冲波形：

[0032] （4）

[0033] 利用本发明的测量装置测量超短激光脉冲波形包括以下步骤：

[0034] 1. 倍频光等光程定标：将脉冲宽度小于1皮秒、近场调制度小于1.2、近场对比度小于0.06的水平偏振激光脉冲输入到该装置，调节延迟调节器Ⅰ 4，使产生的二倍频光最强，且最强区域位于CCDⅠ 16的靶面正中心，所述的水平坐标位置记为坐标原点x1＝0，CCDⅠ 16上沿水平方向获得的灰度变化图像即为二阶相关信号G(2)(x1)。

[0035] 2. 三倍频光等光程定标:调节延迟调节器Ⅱ 11，使产生的三倍频光最强，且最强亮点位于CCDⅡ 18的靶面正中心，所述的坐标位置记为坐标原点（x＝0，y＝0），CCDⅡ 18上获得的灰度变化图像即为三阶相关信号G(3)( x, y)。

[0036] 3. 时空变换系数定标:调节延迟调节器Ⅰ 4，增加该光路的光程0.3mm，即等价于时间延迟1皮秒，记录下CCDⅠ 16、CCDⅡ 18上光斑亮点偏离原点的方向及移动量Δx1，Δy；调节延迟调节器Ⅱ 11，增加该光路的光程0.3mm，即等价于时间延迟1皮秒，记录下CCDⅡ
18上光斑亮点偏离原点的方向及移动量Δx，获得相关函数时间延迟与坐标的比例系数：k1＝Δx1、k2＝Δy、k3＝Δx（单位：mm/ps），即G(2)( τ＝x1/k1)，G(3)( τ1＝x/k3, τ2＝y/k2)。

[0037] 4. 计算谱强度的幅值|I(ν)|:利用以下公式获取光脉冲的谱强度幅值|I(ν)|[0038] （5）

[0039] 这里，Δx为CCDⅠ 16的像元尺寸，xi为水平方向第i个像元离原点的距离，2Ni为光斑所占水平方向的像元数。

[0040] 5. 计算谱强度的相位φ(ν):利用公式（2）、（3）获取光脉冲的谱强度相位φ(ν)，计算时需将积分改为求和，求和区域为CCDⅡ 18上光斑所占区域。

[0041] 6. 利用公式（4）获取激光脉冲波形。

[0042] 本实施例中，入射激光脉冲波长为1053nm，脉冲宽度约为1ps，能量约为10mJ，光束口径为1cm，水平偏振，倍频晶体 6与和频晶体 14均采用KDP材料，均采用非共线ooe位相匹配。从半透半反镜 2透射和反射来的两基频光束以约30o的入射角度对称入射到倍频晶体 6上，产生的二倍频光沿倍频晶体 6表面的法线方向输出，通过导光镜组 9后将二倍频光束偏转90度，这时CCDⅠ 16记录的二倍频光即为二阶相关信号G(2)( τ＝y/k1)，相关方向为竖直方向，同时将二倍频光的偏转态由垂直偏振转换为水平偏振，时空变换系数k1≈0.58mm/ps；从导光镜组 9出来的二倍频光与从分光镜 1反射来的基频光束同时入射到和频晶体
14上，基频光束的入射角约为170，二倍频光的入射角约为100，在光束重叠区域产生三倍频光，产生的三倍频光沿和频晶体 14表面的法线方向输出，这时CCDⅡ 18记录的三倍频光即为三阶相关信号G(3)( τ1＝x/k3, τ2＝y/k2)，时空变换系数k2≈0.58mm/ps，k3≈0.49mm/ps；
最后通过计算机进行数据处理，获得激光脉冲波形分布。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种多通道高速率的5G信号处理装置	2020-05-08	486
一种地理灾害信息激光传输飞行数据采集器	2020-05-08	552
一种信息安全攻防平台的数据层系统	2020-05-08	314
一种微型风光互补供电电源及其供电方法	2020-05-08	837
长期护理保险的数据处理方法、装置、介质与电子设备	2020-05-08	763
影像噪声定位方法及系统	2020-05-08	663
一种资产数据处理方法、装置以及设备	2020-05-08	869
数据处理方法、装置、介质及电子设备	2020-05-11	805
储能数据处理方法、系统、装置、能源系统及存储介质	2020-05-11	341
一种无线墙壁开关布线控制装置	2020-05-08	798

基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置

基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：