[发明专利]多束超短脉冲时间同步及相位同步的诊断装置和诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及多束超短脉冲的相干合成，特别是一种多束超短脉冲的时间同步及相位同步诊断装置和诊断方法。

背景技术

在超短激光脉冲的一些重要应用中，如超短激光脉冲与物质相互作用物理实验、惯性约束聚变中的快点火实验研究中，单路激光器输出功率存在极限而不能够满足实验要求，将多束超短脉冲在远场相干合成是获得高能超高功率密度焦斑的有效途径。为了获得形状规则并且高能量集中度的焦斑，要求各光束在相干合成过程中满足时间同步和相位同步。

2009年，K.L.Baker等通过搭建干涉自适应光学系统和微机电机械检测平台来测量NIF的聚焦焦斑情况，并利用斯特列尔比来衡量焦斑的能量集中度(参见Optics Express,2009,Vol.17，16696-16709)。2011年，D.Homoelle等利用NIF装置的ARC系统中的两束拍瓦激光对由两光束间相位差而引起的焦斑变化情况进行了实验(参见Applied optics,2011,Vol.50，554-561)。

现阶段，对于高功率、超短脉冲的激光相干合成大多还处于理论探索阶段。相比较于连续激光，对于多束超短脉冲激光的相干合成，其不但要求各光束之间的相位同步，还要求各光束间的时间延迟理论上最少要小于脉宽的3/4。对于非线性晶体，只有在相关光束之间满足相位同步时才会发生非线性效应，因此可利用此特性来进行束间的时间同步检测。而对于满足时间同步的两束超短脉冲，当两束光之间偏振与频率均相同时，只有当两光束间相位也同步才不会发生焦斑分裂情况。因此通过上述两点，我们可以利用超短脉冲的这两个特性来对其进行光束间的时间同步与相位同步检测。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种多束超短脉冲的时间同步及相位同步诊断装置和诊断方法，本发明能够实现多束拍瓦激光合成时的时间同步和相位同步诊断功能，对于实现高能量的拍瓦激光输出具有重要的指导和监测作用。

本发明的技术解决方案是：

一种多束超短脉冲时间同步及相位同步的诊断装置，其特点在于该装置由第一反射镜、第二反射镜、相位延迟器、时间延迟器、透镜、CCD、凹柱面镜、自相关信号发生器、光电管及滤光片和导轨组成，所述的依次的凹柱面镜、自相关信号发生器、光电管及滤光片构成自相关检测模块，所述的CCD为相位检测模块，所述的自相关检测模块和相位检测模块并列地固定在一块平板上，该平板在所述的导轨上可沿该导轨运动，两束平行的待测超短脉冲的第一束待测超短脉冲经过第一反射镜、第二反射镜之后垂直地入射到所述的透镜；第二束待测超短脉冲经过所述的相位延迟器、时间延迟器之后与第一束待测超短脉冲平行地入射到透镜,经所述的透镜聚焦的光束通过所述的导轨上平移所述的平板，进入所述的自相关检测模块，或进入所述的CCD。

所述的自相关信号发生器为非线性晶体，该非线性晶体包括但不限于偏磷酸钡(BBO)、三硼酸锂(LBO)、磷酸二氢钾(KDP)、周期极化鈮酸锂(PPLN)。

利用所述的诊断装置实现多束超短脉冲相干合成时的时间同步及相位同步的诊断方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

1)将第一束待测超短脉冲经过第一反射镜、第二反射镜之后垂直地入射到所述的透镜；第二束待测超短脉冲经过所述的相位延迟器、时间延迟器之后与第一束待测超短脉冲平行地入射到所述的透镜,经所述的透镜聚焦的光束首先进入自相关检测模块，通过时间延迟器的移动，使在所述的光电管及滤光片上得到自相关信号的最大值，达到时间同步；

2)然后在所述的导轨上平移所述的平板，使经所述的透镜聚焦的两束待测超短脉冲入射到所述的CCD，调节所述的相位延迟器，使两束待测超短脉冲在所述的CCD的像中心重合，实现相位同步。

本发明在诊断装置中通过分时复用的方式，通过时间延迟器和自相关检测模块实现时间同步的调节和监控功能，通过相位延迟器和相位检测模块实现相位同步的调节和监控功能，从而能够实现多束超短脉冲相干合成时的时间同步及相位同步的精密诊断。

本发明的技术效果如下：

在本发明所采取的的技术方案中，基于CCD的焦斑分裂状态分析方法，相位同步的诊断精度最高能够达到π/2；基于自相关方法的时间同步诊断精度，最高能够达到100fs。因此本发明可以实现多束超短脉冲之间的时间同步与相位同步的快速调节与诊断。