基于光纤传输架构的单发激光脉冲检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工程光学应用技术领域，特别是涉及一种基于光纤传输架构的单发激 光脉冲检测装置。
【背景技术】
[0002] 上世纪八十年代，美国罗切斯特大学的科学家提出了啁啾脉冲放大技术（CPA)，使 得超高功率超快激光脉冲成为可能（参见D. Strickland and G. Mourou，Opt. Commun. 56， 219(1985)。基于该原理技术，国际上已有几个实验室得到了峰值功率突破PW(拍瓦，1015W) 的单次超强激光输出。如何测量这类激光的对比度，是一个令人关心并影响该激光研宄发 展的主要问题。
[0003] -般情况下，在放大的激光脉冲的背景信号中，存在着一些强度比较大的噪声脉 冲，它们的存在对于物理实验的结果会产生不利的影响。对PW脉冲的精确测量是其产 生和应用的关键技术。过高的预脉冲会在目标靶上产生预等离子体，这些等离子体就改 变了主激光脉冲与物质相互作用时的等离子体的初始状态，干扰甚至屏蔽阻挡后续的主 脉冲，使之无法与目标靶相互作用，或者使得后续到达的主强激光的分布和其波形产生 严重畸变，会严重影响实验结果的处理和分析。因此，信噪比、对比度是超短脉冲激光的 重要指标，也是工程师们努力提高的关键指标，而对PW脉冲的精确测量诊断是其产生和 应用的关键技术。飞秒PW激光的时间波形（Temporal Profile)、信噪比（SNR，Single to Noise Ratio)、或时间对比度（Temporal Contrast)是检测的关键参数。就此问题， 根据物理实验的需求提出信噪比定义（参见Li Ming，et.al，JOSA B，Vol.27ISSue 8， pp. 1534-1542(2010) ；D. M. Pennington, et. al, IEEE J.Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 6, No. 4, (2000) ;H. M. Peng，et. al，in X-Ray Lasers,(Defense Industry Press, Beijing, 1997) (In Chinese))，如下：
【主权项】
1. 一种基于光纤传输架构的单发激光脉冲检测装置，用于检测单发的待测激光脉冲， 包括： 探测光路，用于传输基频探测光脉冲；所述基频探测光脉冲由所述待测激光脉冲形 成； 参考光路，用于传输倍频参考光脉冲；所述倍频参考光脉冲由所述待测激光脉冲通过 倍频处理形成； 设置在所述参考光路中的光纤回荡器，用于从所述倍频参考光脉冲分出两个倍频光脉 冲，以获得双脉冲形式的所述倍频参考光脉冲，所述两个倍频光脉冲之间具有第一延时并 且沿所述参考光路共线传输； 设置在所述参考光路中的光脉冲转换器，所述光脉冲转换器包括高反射镜和部分反射 镜，所述高反射镜和所述部分反射镜分别为平面镜的形状且相互面对地平行设置；用于将 所述双脉冲形式的所述倍频参考光脉冲转换为在时间上相互延迟的、空间上相互分离的、 且基本平行传播的一系列的子脉冲，每个所述子脉冲均为双脉冲形式； 设置在所述探测光路中的非线性光纤或光子晶体展宽器，用于将所述基频探测光脉冲 各频率分量进行平移，从而在时域上进行展宽； 设置在所述探测光路中的色散器，用于将经展宽的所述基频探测光脉冲进行色散，以 将所述基频探测光脉冲中的各频率分量在空间上进行分离； 双光子吸收面探测器，用于接收来自所述色散器的所述基频探测光脉冲和来自所述光 脉冲转换器的所述倍频参考光脉冲，并产生所述基频探测光脉冲和所述倍频参考光脉冲的 三阶互相关脉冲信号。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括： 光纤比例分光镜，用于从所述待测激光脉冲分出第一部分和第二部分；其中，所述第一 部分进入到所述探测光路中，所述第二部分进入到所述参考光路中。
3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括用于对所述待测激光脉冲进行所 述倍频处理的倍频晶体。
4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述待测激光脉冲经所述倍频晶体进行 所述倍频处理后入射到所述光纤比例分光镜；其中，所述待测激光脉冲的所述第一部分中 包含有所述基频探测光脉冲，所述待测激光脉冲的所述第二部分中包含有所述倍频参考光 脉冲；或者 所述倍频晶体位于所述参考光路中，用于对所述待测激光脉冲的所述第二部分进行所 述倍频处理，以获得所述倍频参考光脉冲；其中，所述待测激光脉冲的所述第一部分包含有 所述基频探测光脉冲。
5. 根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，还包括第一空间滤波器，所述第一空 间滤波器包括第一望远镜系统； 其中，所述倍频晶体位于所述第一望远镜系统的焦点处。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述双光子吸收面探测器设 置成平行于所述光脉冲转换器的所述高反射镜和所述部分反射镜。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的装置，其特征在于，还包括： 平行光发生器，用于将经色散的所述基频探测光脉冲转换为扩大口径的平行光后入射 到所述双光子吸收面探测器。
8. 根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于，还包括光程调节器，用于调节 所述基频探测光脉冲在所述探测光路上的光程与所述倍频参考光脉冲在所述参考光路上 的光程的差异；可选地，所述光程调节器设置在所述参考光路上，用于增大或减小所述倍频 参考光脉冲在所述参考光路上的光程。
9. 根据权利要求1-8中任一项所述的装置，其特征在于，还包括： 设置在所述参考光路中的衰减器，所述衰减器用于在所述倍频参考光脉冲入射到所述 双光子吸收面探测器之前对所述一系列子脉冲选择性地分别进行不同程度的衰减。
10. 根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其特征在于，还包括： 空间成像光谱仪，用于获取与所述三阶互相关脉冲信号对应的干涉条纹图像；和 运算器，用于根据所述干涉条纹图像通过三阶相关反演运算来获得所述待测激光脉冲 的参数；可选地，所述参数包括时间波形和/或信噪比。
【专利摘要】本发明提供了一种基于光纤传输架构的单发激光脉冲检测装置，包括：探测光路，传输基频探测光脉冲；参考光路，传输倍频参考光脉冲；光纤回荡器，获得具有第一延时并且沿参考光路共线传输的双脉冲；光脉冲转换器，将双脉冲转换为一系列的双脉冲形式的子脉冲；非线性光纤或光子晶体展宽器，将所述基频探测光脉冲在时域上进行展宽；色散器，将基频探测光脉冲中的各频率分量在空间上进行分离；双光子吸收面探测器，使来自色散器的基频探测光脉冲和子脉冲产生三阶互相关脉冲信号。本发明能够精确测量飞秒拍瓦激光脉冲波形，解决了大动态范围超快超强脉冲的诊断困难的问题。本发明基于光纤传输架构，使光路能保持稳定、可靠的传输，减少能量损失。
【IPC分类】G01J11-00
【公开号】CN104697648
【申请号】CN201510093018
【发明人】李铭, 魏志义, 王兆华, 沈忠伟, 范海涛
【申请人】中国科学院物理研究所
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月2日