[发明专利]皮秒脉冲对比度单次测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及激光参数诊断，特别是一种皮秒脉冲对比度单次测量装置。

背景技术

高功率的激光脉冲被广泛应用在激光等离子体相互作用、X射线激光、多光子电离、高次谐波产生等强场物理研究中。利用超短超强激光脉冲打靶时，主脉冲之前的噪声信号如果超过一定强度，就会破坏靶面并产生等离子体，产生复杂的不利影响。因此，需要监测激光脉冲之前的噪声信号强度。

为了获得超短超强的拍瓦激光，采用了光学参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术。该技术是将欲放大的一束低能量飞秒宽带种子信号光脉冲，通过正啁啾色散的方法在时域上展宽，展宽后的脉冲在时域上表现为啁啾脉冲。然后用一束高能量纳秒级窄带泵浦光与展宽后的啁啾种子光在非线性晶体中进行参量耦合，使种子光脉冲放大。放大之后的种子光脉冲再通过负啁啾色散的方法被压缩成飞秒脉冲输出。神光II第九路系统改造成的拍瓦激光装置，就是采用了OPCPA技术，实现1000J、1ps的脉冲输出。

在OPCPA中，利用光栅对实现脉冲的展宽与压缩，分别称之为展宽器和压缩器。由于光栅本身的面型缺陷，以及展宽器、压缩器之间的不完全匹配，会导致压缩之后的脉冲形状与种子光的脉冲形状有所区别。在时间上表现为，主脉冲前后有一个很长的台阶(pedestral)，如图4所示。为了监测并控制压缩之后的皮秒脉冲的时间波形，使之满足物理实验的需要，需要测量主脉冲之前10ps及其以外的信号强度，保证这些时刻的激光信号强度相对于主脉冲的强度的比值小于＜10^-8，即脉冲对比度＜10^-8。

现有的短脉冲激光对比度单次诊断装置的基本结构如图1所示。待测脉冲作为基频光，聚焦透镜1聚焦到一个二倍频晶体2上，产生二倍频光。然后用准直透镜3得到基频和二倍频的平行光束，柱面透镜4将入射的矩形光束聚焦成直线，由沃拉斯顿棱镜5将并行的基频信号和倍频信号在空间上分开。再通过一个菲涅耳双棱镜6将分开的基频信号和倍频信号偏转，以实现倾斜相交。在两信号的相交位置放置三倍频晶体7，可以得到三倍频光。通过成像透镜8，并使用滤波片9过滤掉残余的基频光和二倍频光，CCD10上接收到三倍频信号，通过一定的计算，从而得出最后结果。

该技术存在的问题是：不能实现高动态范围的对比度测量，而且时间延迟有限。其光程延迟的产生是基于分波前的原理，将基频和二倍频两个宽光束倾斜相交，两束光到达三倍频晶体表面时，在晶体表面的不同位置，基频光和二倍频光之间就存在逐渐变化的光程差，从而实现不同时间延迟位置的同时测量。现有的对比度单次测量技术中，同一个晶体中同时测量多个时间延迟位置，从而不同时间延迟之间对应的光束会相互干扰。因此，其可测动态范围只能达到10⁴数量级。另一方面，可测量的时间延迟受基频信号与倍频信号的光束宽度以及双棱镜大小的限制，只能测到±10ps以内的范围。因此，现有单次测量系统的动态范围和时间延迟都不能满足应用需求。

发明内容

本发明所要解决的问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种皮秒脉冲对比度单次测量装置，提高对比度测量的动态范围，扩展对比度测量的时间延迟，以满足物理实验对超短超强激光系统的对比度要求。

本发明的技术解决方案是：

一种皮秒脉冲对比度单次测量装置，特点在于由分光镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、基频达曼光栅、基频补偿光栅组、第五反射镜、第六反射镜、二倍频晶体、二倍频达曼光栅、二倍频补偿光栅组、反射镜组、合束镜组、三倍频晶体组、滤光片组和光电倍增管组构成，其位置关系如下：

入射的待测脉冲作为基频光，经过所述的分光镜被分为透射光束和反射光束，该透射光束通过由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜组成的光程延迟机构，入射到基频达曼光栅上，形成基频多路子光束，每一路子光束都各自对应所述的基频补偿光栅组的一块基频补偿光栅，然后射向合束镜组的相应的合束镜，所述的反射光束通过第五反射镜、第六反射镜，进入所述的二倍频晶体，得到二倍频光，该二倍频光入射到二倍频达曼光栅上，形成二倍频多路子光束，每路二倍频子光束都对应二倍频补偿光栅组的一块二倍频补偿光栅，得到二倍频多路子光束，该二倍频多路子光束通过反射镜组相应的反射镜反射后进入所述的合束镜组，与所述的基频子光束合束后共线传输，一起进入三倍频晶体组，得到三倍频光，该多束三倍频光通过滤光片组，被光电倍增管组探测三倍频信号的强度，计算后就可以得到待测脉冲的对比度。