[发明专利]单次皮秒脉冲信噪比测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及激光参数诊断，是一种单次皮秒脉冲信噪比测量仪。

背景技术

超短脉冲的信噪比是超短超强激光装置中的一项重要参数。随着激光技术的发展，激光焦斑的可聚焦功率密度能够达到10²⁰W/cm²或者更高，其本底噪声也随之升高。当该聚焦光斑用于等离子体物理、激光与物质相互作用等相关物理实验时，希望本底噪声的聚焦功率密度小于10¹²W/cm²，以避免噪声脉冲产生等离子体，影响后续的激光主脉冲与物质的相互作用。因此，物理实验要求超短超强激光的主脉冲与其10ps之前的噪声脉冲的功率密度(强度)比值，大于10⁸或者更高。该项参数被定义为超短脉冲的信噪比。

目前还没有合适的手段能够实现该参数的精密测量。R.A.Ganeev在1995年提出了自相关方法实现0.2～50ps的超短脉冲时间波形测量的方案(Optics Communications，Vol.114，1995，432～434)，M.Raghuramaiah在2001年完善了自相关方法测量超短脉冲时间波形的理论分析方法(SADHANA-ACADEMYPROCEEDINGS IN ENGINEERING SCIENCES，Vol.26，2001，603～611)。J.Collier 在2001年提出了基于互相关原理的信噪比测量方案(LASER AND PARTICLEBEAMS，Vol.19，2001，231～235)，互相关光束的夹角为20°，测量结果的动态范围为10⁵，时间范围为30ps。Dongfang Zhang在2008年提出了基于互相关方法的信噪比测量方案(Optics Letters，Vol.33，2008，1969～1971)，该方案中使用了光电倍增管作为探测器件，使测量结果的动态范围能够达到～10⁷。由于该方案中使用的晶体长度为6mm，发生互相关作用的两个光束之间的夹角为3°，因此时间测量范围只有±1ps。为了能够实现超短脉冲的主脉冲之前、10ps以外的信噪比测量，本发明提出了基于光学成像系统的互相关方法测量方案，以满足单次皮秒脉冲的高动态范围信噪比测量需求。

发明内容

本发明所要解决的问题在于提供一种单次皮秒脉冲信噪比测量仪，该信噪比测量仪的最大可测脉冲的时间范围为150ps，分辨率为0.2ps，动态范围为～10⁸。

本发明单次皮秒脉冲信噪比测量仪是基于互相关原理。它的特点是通过增加被测脉冲和二倍频晶体、和频晶体、反射镜的尺寸，获得大口径的互相关信号。然后通过光学成像系统将互相关信号精密成像到小口径的高动态范围探测器上，实现互相关信号的采集和处理。

本发明的技术解决方案是：

一种单次皮秒脉冲信噪比测量仪，特点在于其构成包括二倍频晶体、谐波分离反射镜、基频反射镜、二倍频反射镜、和频晶体、光学成像系统、高动态范围的探测器和数据采集处理系统，各元件的位置关系如下：

入射的待测的皮秒量级激光脉冲，首先通过所述的二倍频晶体产生二倍频脉冲，该二倍频脉冲和激光脉冲的剩余的基频脉冲入射到所述的谐波分离反射镜上，该谐波分离反射镜将基频脉冲和二倍频脉冲进行分离：所述的基频脉冲经谐波分离反射镜反射后，由所述的基频反射镜导向所述的和频晶体；所述的二倍频脉冲透过所述的谐波分离反射镜之后，由所述的二倍频反射镜导向所述的和频晶体，所述的基频脉冲和二倍频脉冲在所述的和频晶体上产生单次脉冲的互相关信号，该互相关信号经所述的光学成像系统成像在所述的高动态范围的探测器上，最后由所述的数据采集处理系统进行数据采集处理，实现单次皮秒脉冲的高动态范围信噪比测量。

所述的光学成像系统的放大率≤1/10倍。

所述的高动态范围的探测器由两组光纤阵列接收器和光电倍增管组成，每组光纤阵列接收器的光纤数量≥61，因此两组光纤阵列接收器共有光纤数≥122根。

本发明的技术效果是：

本发明采用光学成像方法，解决了大口径的互相关信号与小尺寸的高动态范围探测器之间的矛盾。测量装置中采用了一个光学成像系统，用于将大口径的互相关信号的空间分布，成像到小尺寸的高动态范围探测器接收面上，从而实现～150ps范围的单次皮秒脉冲高动态范围的信噪比测量，时间分辨率为3ps，动态范围为10⁵。