高对比度的脉冲测量方法及测量装置与流程

本发明涉及一种激光参数测量技术，特别涉及一种高对比度的脉冲测量方法及测量装置。

背景技术：

近年来随着激光技术的不断进步，激光脉冲不断地向超短脉冲激光的方向发展。在物理学，化学以及生物学领域，利用飞秒脉冲激光器观测各种动力过程，各种超快现象以及生物成像过程已成为研究的重要手段。而脉冲宽度测量是否精确会很大程度影响各种观测的精度所以对于脉冲宽度的精确测量就显得尤为重要。

基于当前的技术手段，目前测量激光脉冲宽度的仪器主要为自相关仪，自相关仪结构紧凑，使用简单，具有较高的分辨率和灵敏度，是测量超短脉冲宽度的主要方法。其测量原理是将脉冲分为相同的两路，一路存在时间延时，另一路不发生延时，然后再使两路脉冲通过倍频晶体，利用倍频晶体的二阶非线性效应，产生倍频信号，然后用倍频信号对原始脉冲进行扫描，均匀地改变相对延时可以得到由高到低或由低到高的脉冲自相关信号，再将该信号通过示波器读取相关的参数，从而通过自相关公式推算出超短脉冲的宽度。采用示波器读取参数，会存在误差，采取多次测量的方法可以减少误差，但却不能从根本消除示波器所带来的测量误差。而测量脉冲对比度主要的方法是利用二阶非线性效应产生倍频信号，再将基频信号与倍频信号一起注入晶体中，产生和频信号，以和频信号作为探测信号对待测信号进行扫描，得到从高到底或从低到高的自相关信号。通过推算可以得到脉冲的对比度。由于探测信号是从待测信号中提取出来并被细化的信号，所以待测信号的细节就可以通过扫描精确地得到，测出的脉冲宽度也较为准确。但是该方法测量的脉冲宽度或脉冲对比度也存在一些不足，当待测信号的强度较低时，因为需要通过两次非线性过程，而倍频或和频具有一定的转化效率，所以可能会导致倍频或和频得到的信号过低。这样就会导致脉冲宽度的自相关信号测不准或由于噪声信号的影响而测量不到自相关信号。

技术实现要素：

本发明是针对激光脉冲宽度测量方法存在的问题，提出了一种高对比度的脉冲测量方法及测量装置，本发明避免利用倍频晶体的二阶非线性效应的光电转换以及利用示波器对相关参数的读取的过程，降低了示波器带来的测量误差，且测出的自相关信号以对数的形式显示出来，测量得到的脉冲宽度更为精确，脉冲对比度更高。

本发明的技术方案为：一种高对比度的脉冲测量方法，待测脉冲通过一个分束装置，将其分为相同的两路，一路脉冲通过调制器调制输出；另一脉冲通过延时装置进行延时；最后两路脉冲通过合束装置后接到频谱仪上；从频谱仪上得到随着延时长度变化的由高到低或由低到高的调制信号，该调制信号是以对数形式表示出来的脉冲自相关信号，通过计算机分析处理，最终得到待测脉冲的宽度和脉冲的对比度。

所述高对比度的脉冲测量方法的测量装置，待测脉冲通过分束镜分为相同的两路，一路通过可调延时器之后到达合束镜，另一路先由45度镜片反射，然后通过调制器，最后到达合束镜，合束镜将两路脉冲重新合为一束之后送频谱仪。

所述高对比度的脉冲测量方法的测量装置，待测脉冲进入分束镜后分成两路，一路脉冲透射，通过调制器及调制器后的反射镜反射，再回返通过调制器，最后通过分束镜反射进入频谱仪；而另一路脉冲由分束镜反射后，通过装在上下移动的电机上的另一反射镜反射后，再由分束镜透射进入频谱仪，分束镜将通过调制与通过电机延时的两路信号重新和为一束进入频谱仪。

所述高对比度的脉冲测量方法的测量装置，待测脉冲通过分束镜分为相同的两束，一束透射，透射的脉冲依次通过一片二分之一波片、一个偏振分束器反射、一片四分之一波片后，由反射镜反射后再返回通过四分之一波片，再通过偏振分束器透射到合束器；而另一束反射脉冲通过45度镜片反射之后通过调制器到合束器，最后两路脉冲由合束器重新合为一路进入频谱仪。

所述高对比度的脉冲测量方法的测量装置，待测脉冲通过1：1的耦合器被分为相同的两路，一路通过光纤延时器后由第一法拉第旋转器将其返回，而另一路通过调制器后由第二法拉第旋转器将其返回，两路返回脉冲由耦合器的另一端输出到频谱仪。

所述高对比度的脉冲测量方法的测量装置，待测脉冲通过第一耦合器分为相同的两路，一路通过光纤延时器，另一路通过调制器，最后由第二耦合器将输出两路脉冲合为一路进入频谱仪。

本发明的有益效果在于：本发明高对比度的脉冲测量方法及测量装置，没有利用晶体的二阶非线性效应，因此就没有引入由非线性效应所带来的噪声，所以测量的信噪比较高，且在待测信号较弱的时候也可以测量出其脉冲宽度及脉冲对比度；提出的测量脉冲宽度的方法既可以测出脉冲的宽度，也可以测出脉冲的对比度；传统的利用倍频作为扫描信号的测脉冲方法的出的信号为线性坐标下的自相关信号，而本发明测出的信号是基于对数坐标的信号，所以其精度更高，测量的脉冲宽度更为准确。

附图说明

图1为本发明高对比度的脉冲测量装置结构框图；

图2为本发明空间结构脉冲测量装置实施例一图；

图3为本发明空间结构脉冲测量装置实施例二图；

图4为本发明空间结构脉冲测量装置实施例三图；

图5为本发明光纤结构脉冲测量装置实施例一图；

图6为本发明光纤结构脉冲测量装置实施例二图。

具体实施方式

本发明高对比度的脉冲测量方法具体讲就是使输出脉冲通过一个分束装置，将其分为相同的两路，一路脉冲通过调制器，而另一脉冲通过延时装置；最后两路光通过合束装置后接到频谱仪上；从频谱仪上得到随着延时长度变化的由高到低或由低到高的调制信号，该调制信号是以对数形式表示出来的脉冲自相关信号，通过计算机分析处理，最终得到被测脉冲的宽度和脉冲的对比度。

如图1所示高对比度的脉冲测量装置结构框图，包括分束器，延时器，调制器，合束器，频谱仪。分束器将待测脉冲分为相同两路，一路用于加调制信号，一路用于使脉冲产生延时；延时器，使其中一路脉冲产生延时；调制器，使待测脉冲添加调制信号；合束器，将两路脉冲合为一路；频谱仪用于测量调制信号的有无，再将测量到的自相关信号由计算机分析与计算得到脉冲的宽度及脉冲的对比度。

下面以空间结构和光纤结构的测脉冲宽度的各种实施方案对本发明作进一步说明。

如图2空间结构脉冲测量装置实施例一图，本发明由一个分束镜1、一个带45度反射镜的延时器2、一片反射镜3、一个调制器4、一个合束镜5及频谱仪6组成。分束镜1将输入脉冲分为相同的两路，一路通过延时器2之后到达合束镜5，而另一路先由45度镜片3反射，然后通过调制器4，最后到达合束镜5。合束镜将两路脉冲重新合为一束，由频谱仪6测量到的是调制器的由高到低或由低到高的自相关信号。具体操作是调节延时器2，则可以观察到调制信号由高到低或由低到高的变化，然后通过对调制信号的分析处理，得到脉冲的宽度及脉冲的对比度。

如图3所示空间结构脉冲测量装置实施例二图，为本发明空间结构测脉冲宽度的另一种方案。由一个分束镜10，两片反射镜11、12，一个调制器13，一个电机14及频谱仪15组成。入射脉冲进入分束镜10后分成两路，一路脉冲透射，然后通过调制器13，再由反射镜12反射，再通过调制器13，最后通过分束镜10反射；而另一路脉冲由分束镜10反射后，通过装在上下移动的电机14上的反射镜11反射后，最后由分束镜10透射。分束镜10将通过调制与通过电机延时的两路信号重新和为一束，再由频谱仪15测量得到由高到底或由低到高的自相关信号，通过计算家的分析与计算，得出待测脉冲的宽度及脉冲的对比度。

如图4空间结构脉冲测量装置实施例三图，为本发明空间结构测脉冲宽度的示意图。如图，本发明由一个分束镜20，一片二分之一波片，一个偏振分束器，一片四分之一波片，反射镜，一个合束器，一个调制器，光谱仪组成。入射脉冲通过分束镜20分为相同的两束，一束透射，透射的脉冲依次通过一片二分之一波片21，一个偏振分束器22反射，一片四分之一波片23，由反射镜24反射后再通过四分之一波片23，最后又偏振分束器22透射；而另一束反射脉冲通过45度镜片25反射之后通过调制器26。最后两路脉冲由合束器27重新合为一路，通过调节延时的长度可以在频谱仪28得到由高到低或有低到高的自相关信号，通过计算机对信号的分析与处理，可以得到脉冲的宽度及对比度。

如图5所示光纤结构脉冲测量装置实施例一图，本发明为光纤结构的测脉冲宽度的方法。由一个1：1的耦合器，两个法拉第旋转器，一个调制器，一个光纤延时器及频谱仪组成。首先待测脉冲通过1：1的耦合器30被分为相同的两路，一路通过光纤延时器31后由法拉第旋转器32将其返回，而另一路通过调制器33后由法拉第旋转器34将其返回，最后两路脉冲由耦合器30的另一端输出到频谱仪35上。通过调节光纤延时器31，可以得到由高到低或由低到高的自相关信号，然后通过计算机分析与处理，推算出脉冲的宽度及脉冲对比度。

如图6所示光纤结构脉冲测量装置实施例二图，为光纤结构测量脉冲宽度的另一种方案，由两个1：1的耦合器、一个调制器、一个光纤延时器及频谱仪组成。首先将输入脉冲通过耦合器40分为相同的两路，一路通过光纤延时器41，另一路通过调制器42，最后由耦合器43将两路脉冲合为一路并由频谱仪44测量其调制信号。通过调节光纤延时器，可以由频谱仪测量到由高到低或由低到高的自相关信号，然后通过计算机分析与处理，推算出脉冲的宽度和脉冲对比度。