脉冲激光器信噪比检测装置的制作方法

本发明属于脉冲激光器技术，特别是一种脉冲激光器信噪比检测装置，主要用于处理光脉冲信号，以检测出激光脉冲信号的主峰和背底噪声强度，得到其信噪比大小。本发明特别适用于检测动态范围大的纳秒级单脉冲激光信号的信噪比。

背景技术：

脉冲激光器主要有固体激光器和光纤激光器，信噪比是一个重要技术指标，它反映了激光系统的技术水平。目前，纳秒级脉冲激光器信噪比的检测方法主要有两种：一是采用高速示波器和光电二极管进行光电信号转换直接检测，检测范围可达十几db左右；二是采用多个光耦合器，研究分束出的复制光脉冲，用每个复制光脉冲的电平表征光脉冲的特征，然后进行重组分析，单次检测系统的信噪比可达30db，如美国专利us8095017b2。美国专利可以检测一个已知的连续脉冲的信噪比，但其信噪比检测范围不能超过30db，这是因为信号光直接送到光电探测器上时，信号光非常接近光电探测器所能探测的饱和度。

技术实现要素：

为了获得较高信噪比的检测范围，克服上述检测方法中的缺点，本发明的目的在于提供一种脉冲激光器信噪比检测装置，该装置能够实现50db的检测范围，精度可达1db，具有操作方便，可靠性好的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种脉冲激光器信噪比检测装置，其特点在于，包括第一光纤分束器、延迟光纤、可调延迟器、偏振控制器、脉冲偏置发生器、双级电光强度调制器、触发单元、第二光纤分束器、衰减装置、延迟装置、信号增益装置、多光路复用装置、光电探测装置和电信号处理装置；

所述的第一光纤分束器的第一输出端口和第二输出端口分别与所述的第二光纤分束器的输入端和延迟光纤的输入端相连；

所述的延迟光纤的输出端与所述的可调延迟器的输入端相连，该可调延迟器的输出端与所述的偏振控制器的输入端相连；

所述的双级电光强度调制器的输入端与所述的偏振控制器的输出端相连，该双级电光强度调制器的输出端与所述的信号增益装置的输入端相连；所述的双级电光强度调制器的控制端口与所述的脉冲偏置发生器的输出端相连，该双级电光强度调制器的调制端口与所述的触发单元的输出端相连；

所述的第二光纤分束器的第一输出端口与所述的衰减装置的输入端相连；该第二光纤分束器的第二输出端口与所述的触发单元的输入端相连；

所述的衰减装置的输出端与所述的延迟装置的输入端相连；所述的延迟装置的输出端和所述的信号增益装置的输出端分别接入所述的多光路复用装置的第一输入端和第二输入端；

所述的多光路复用装置的输出端与所述的光电探测装置的输入端相连；该光电探测装置的输出端接入所述的电信号处理装置。

所述的触发单元由可调衰减器、光电转换器、比较器和电放大器构成，所述的可调衰减器的输入端就是触发单元的输入端，所述的可调衰减器的输出端连接所述的光电装换器的输入端，该光电装换器的输出端与所述的比较器的输入端相连；所述的电放大器的输入端与所述的比较器的输出端相连，该电放大器的输出端就是所述的触发单元的输出端。

本发明脉冲激光器信噪比检测装置，用于处理光脉冲信号的信噪比，该脉冲信号是含有一背底噪声和一主峰的激光脉冲，亦可称为背底主脉冲。

所述的第一光纤分束器(分光比为10％：90％)接收激光脉冲信号，分别输出第一复制脉冲信号和第二复制脉冲信号，第二复制脉冲信号经由延迟光纤，可调延迟器和偏振控制器送入双级电光强度调制器。第一脉冲复制信号经由第二光纤分束器(分光比为10％：90％)送入触发单元，该触发单元输出的调制信号使得双级电光强度调制器对第二复制脉冲信号的主峰进行调制。当脉冲偏置发生器的偏置电压和触发单元的调制信号同时施加于所述的双级电光强度调制器时，第二复制脉冲信号的主峰被消除，只留下了背底噪声部分；

所述的偏振控制器用于控制第二复制脉冲信号的偏振态；

所述的触发单元是由可调衰减器、光电转换器、比较器和电放大器构成，来自第二光纤分束器90％的第一脉冲复制信号光被送入可调衰减器进行衰减处理后，通过光电转换器转换成电信号，此电信号经比较器整形送入电放大器进行放大后作为触发单元输出的调制信号。

所述的衰减装置为一可调谐衰减器，用于降低分光装置第一输出端口(o1)的主峰功率，以便主峰信号和背底噪声信号的各自电平在同一数量级上被检测；

所述的延迟装置为一延迟光纤，用于延迟主峰信号，使主峰信号与背底噪声信号在时域上彼此错开；

所述的信号增益装置为一光纤放大器，用于放大背底噪声信号，使得背底噪声信号的电平能够与主峰信号的电平一致；

所述的多光路复用装置，为一光纤耦合器，用于耦合上述背底噪声信号和被衰减和延迟的主峰信号；

所述的光电探测装置为一光电探测器，主要用于探测主峰信号和背底噪声信号，并将他们转换成电信号。

所述的电信号处理装置为一示波器或数字化仪，其作用是对电信号进行比值处理。此外，由于主峰信号在先前已经进行了衰减处理，背底噪声信号也进行了增益处理。因此电信号处理器还需要对上述比值进行校正，以得到脉冲激光器的信噪比。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)动态检测范围大，可以实现高信噪比的检测。利用第一光纤分束器、延迟光纤、可调延迟器、偏振控制器、脉冲偏置发生器、双级强度调制器、第二光纤分束器、触发单元和信号增益装置检测出激光器输出脉冲的背底噪声强度，同时，利用第一光纤分束器、第二光纤分束器、衰减装置和延迟装置检测出脉冲主峰信号强度，从而得到其信噪比大小。该信噪比可达50db，精度可达1db。

2)利用脉冲信号自身的光信号进行转换、整形和放大后作为双级电光强度调制器的调制信号且具有一定的宽度，完全能够消除第二复制脉冲信号的主峰。

3)该装置为同源装置，即电信号与光信号的均来自于被测信号，不存在因电光抖动而造成检测状态不稳定的状况，且电信号的脉宽不需要额外处理即可方便快捷，准确可靠地对光信号进行处理。

4)由于光纤的可弯曲和盘绕性，所述的信噪比检测装置能够实现小型化的应用。

附图说明

图1是本发明脉冲激光器信噪比检测装置的结构示意图；

图2是本发明的触发单元结构示意图；

图3是利用图1所示的脉冲激光器信噪比检测装置，测得的激光脉冲信号信噪比的示意图；

图4是利用图1所示的脉冲激光器信噪比检测装置，实验测得的一个5ns激光脉冲信号信噪比的示例图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

图1是本发明脉冲激光器信噪比检测装置的结构示意图，本发明脉冲激光器信噪比检测装置用于检测纳秒级单脉冲激光信号的信噪比。下面是本发明脉冲激光器信噪比检测装置的一个实施例。

本实施例由第一光纤分束器1、延迟光纤2、可调延迟器3、偏振控制器4、脉冲偏置发生器5、双级电光强度调制器6、触发单元7、第二光纤分束器8、可调衰减器9、延迟光纤10、光纤放大器11、光纤耦合器12、光电探测器13和35g示波器14组成。其中，第一光纤分束器1、第二光纤分束器8的分光比和光纤耦合器12的耦合比均为10％：90％；触发单元7由可调衰减器71，光电转换器72，比较器73和10g电放大器74组成。

第一光纤分束器1的第一输出端口o1、第二输出端口o2分别输出第一复制脉冲信号和第二复制脉冲信号。第二输出端口o2用单模光纤依次连接到延迟光纤2、可调延迟器3和偏振控制器4后，将第二复制脉冲信号送入双级电光强度调制器6。双级电光强度调制器6由保偏光纤从偏振控制器4的输出端连接到其输入口，其输出口连接到光纤放大器11的输入端。

第一光纤分束器1的第一输出端口o1输出的第一复制脉冲信号通过单模光纤连接到第二光纤分束器8的输入端，第二光纤分束器8的第一输出端口p1连接到可调衰减器9的输入端；第二光纤分束器8的第二输出端口p2连接到触发单元7，当触发单元7输出的调制信号施加于所述的双级电光强度调制器6时，第二复制脉冲信号的主峰将被消除，仅让其背底噪声通过。如图1中所示，第二复制脉冲信号sp中的主峰e(虚线部分)通过双级电光强度调制器6时被消除了，仅保留了背底噪声部分pmin。图1中的双级电光强度调制器6也可以用一个声光强度调制器替代，但声光强度调制器的调制性能不太好，它抑制光脉冲的速度比较慢。另外双级电光强度调制器6也可以是单级的，但消光比要劣于双级。

当脉冲信号到达双级电光强度调制器6时，触发单元7发出的调制信号必须切断光脉冲的主峰，这就要求调制信号必须与光脉冲同步。调制信号可以由外部供给，也可以由内部引发。外部供给可由一信号发生器产生，但外部供给时需要保证同步性，而内部引发时是不需要的。如图2所示，内部引发需要用可调衰减器71、光电转换器72、比较器73和10g电放大器74构成。第二光纤分束器8将90％的光能量送入可调衰减器71衰减，再送入光电转换器72转换后，用比较器73和电放大器74进行整形放大处理，处理后的电信号具有同步性，可以直接作为双级电光强度调制器6的调制信号。

第二光纤分束器8将10％的光能量送入可调衰减器9进行衰减，衰减的作用是降低光信号的峰值强度，使该信号的幅值与背底噪声在相同的数量级上，以达到光电探测器13的检测范围。该可调衰减器9也可以是一固定衰减器，但如果使用固定衰减器，那么装置的检测范围和应用范围就被固定了。

所述的延迟光纤10用于延迟主峰信号。需要指出的是可调衰减器9和延迟光纤10的顺序可以颠倒，延迟光纤10可先于可调衰减器9，而不是跟随它。

所述的光纤放大器11对背底噪声信号进行放大后与来自延迟光纤10的主峰信号一起送入光纤耦合器12进行9:1耦合。耦合后的信号送入光电探测器13进行探测，探测出的主峰和背底噪声的电平再送入示波器14处理，以确定信噪比值。

现如图4所示，测试一宽度为5ns脉冲信号，由光电探测器13和示波器14测得的脉冲信号的主峰和背底噪声电平分别是4.5mv和3mv，测得从第一光纤分束器1的输入端经延迟光纤2，可调延迟器3，偏振控制器4，双级电光强度调制器6，光纤放大器11，光纤耦合器12的插损为-2.2db；从第一光纤分束器1的输入端口经第二光纤分束器8，可调衰减器9，延迟光纤10，光纤耦合器12的插损为43.1db。因此，用此装置测得该脉冲信号的信噪比为：

测试精度为1db。

因为主峰的光强度比背底大得多，为了尽可能地提高背底光强和相应的输出端口光强，所以第一光纤分束器1、第二光纤分束器8和光纤耦合器12都使用了非对称型(分光比和耦合比均为10％：90％)，这样信噪比的动态检测范围也会提高。具体来说，第一光纤分束器1使得光强度的90％被送至双级电光强度调制器6，其余10％被送至第二光纤分束器8；第二光纤分束器8将光强度的10％送至可调衰减器9和延迟光纤10，其余90％送至触发单元7；光纤耦合器12，90％的光来自于双级电光强度调制器6，其余10％来自于延迟光纤10。

此外，第二光纤分束器8和触发单元7以及双级电光强度调制器6的使用可能会引起调制信号的延迟，这就需要在双级电光强度调制器6输入端加入延迟光纤2，其长度需通过测量触发单元7和双级电光强度调制器6的电光延时量来确定。

实验表明，本发明装置的检测范围可达50db，精度可达1db，具有操作方便、测试精度高和可靠性好的特点。