[发明专利]基于光克尔快门的单次信噪比测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学测量领域，涉及一种信噪比测量装置及方法，尤其涉及一种基于光克尔快门的单次信噪比测量装置及方法。

背景技术

近年来，随着啁啾脉冲放大技术(CPA)和光学参量啁啾脉冲放大技术(OPCPA)的不断发展，超短超强脉冲激光技术的研究实现了跨越式发展，这一技术与用于激光核聚变的高功率固体激光器相耦合，形成了全新的一代超短超强脉冲固体激光器，所获得的脉冲宽度一般为数十飞秒～数百飞秒，输出功率超过1PW，聚焦功率密度高达10¹⁹～10²²W/cm²。这样的功率密度创造了实验室中前所未有的强电场、强磁场、高压强和高温度等极端物理条件，为强场物理和高能密度物理等许多领域的研究提供了强有力的工具，为科学家们探索新现象、新规律和可能的应用提供了关键技术基础和支撑，已经被广泛应用于高能物理、惯性约束核聚变、高强度X射线辐照源、粒子加速、产生激光等离子体、阿秒物理、天体物理等许多与超强激光相融合的交叉学科和备受科学界关注的前沿领域，给科学家们带来了未曾想到的一些新奇物理现象。然而，随着超短超强脉冲峰值功率的增加，强场物理实验对脉冲信噪比的要求也越来越高，尤其是当超短超强脉冲激光用于与物质相互作用有关的研究领域中时，其关键技术难题就是信噪比不高和预脉冲的存在。信噪比是指激光主脉冲峰值强度和预脉冲峰值强度或放大的自发辐射强度的比值，已经成为高功率激光系统最重要的参数之一。聚焦光强越大，对信噪比的要求越高，激光系统就要有更加严格的设计以达到实验的要求，同时也就对现有的脉冲信噪比测量技术提出了新的挑战。脉冲信噪比是直接影响激光与物质相互作用效果的一个非常重要的参数，精确的测量出超短超强激光脉冲的信噪比对于强场物理是至关重要的。信噪比的测量已成为超短超强激光及其应用研究中一个不可或缺的重要环节，是一切研究和使用的重要前提。高重复率激光脉冲的信噪比通常采用扫描方式测量，可以比较准确的测量脉冲的子脉冲、前沿、后沿等噪声信息。而对于低重复频率甚至没有重复频率(单次)的超短超强激光脉冲的信噪比测量，扫描方式不再适用，必须发展具备高动态范围的单次信噪比测量技术，即要求只根据一个激光脉冲，就可以测出在一定时间窗口内的脉冲前沿信噪比信息，但现有单次信噪比测量技术仍然只能达到约10⁶的动态范围。因此，探索全新的大动态范围单次信噪比测量技术就显得尤为重要。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，实现单次激光脉冲的信噪比测量，本发明提供了一种基于光克尔快门的单次信噪比测量装置及方法。利用级联光克尔快门测量超短超强激光脉冲信噪比的技术，有效地实现单次激光脉冲的信噪比测量；这种技术方法原理简单，结构紧凑，调试方便。

本发明的技术解决方案是：一种基于光克尔快门的单次信噪比测量装置，其特殊之处在于：包括对待测信号光进行分束的分束单元，用于待测信号光通行的待测信号光通道，还包括光克尔介质与偏振方向垂直的两个偏振器构成的光克尔快门及用于接收测量数据进行探测的探测装置；

上述分束单元包括用于将待测信号光变为线偏振光的第一偏振器，用于将待测信号光分为两束的第一分束镜，其中一束作为第一级光克尔快门的快门光；另一束再通过第二分束镜分束，再次分束的信号光其中一束作为待测信号光通过待测信号通道，另一束作为第二级光克尔快门的快门光；

上述待测信号光通道沿待测信号光路径依次设置有第二光束整形器、第一光克尔介质、第三光束整形器、第二偏振器、第四光束整形器，第二光克尔介质、第三偏振器、第五光束整形器；所述第五光束整形器输出至探测装置；

上述第一级光克尔快门包括沿快门光路径依次设置的用于控制快门光的偏振方向的第一半波片、第一反射镜、第一光束整形器及用于吸收剩余的快门光的第一吸收盒，所述第一光克尔介质位于第一光束整形器和第一吸收盒之间；所述第二级光克尔快门包括沿快门光路径依次设置有第二反射镜、用于控制快门光的偏振方向的第二半波片、第三反射镜、第六光束整形器及第二吸收盒，所述第二光克尔介质位于第六光束整形器和第二吸收盒之间；

上述第一半波片、第二半波片均使快门光和待测信号光的偏振方向夹角位于22.5°-67.5°之间；

上述第一分束镜与第一半波片之间、第二偏振器与第四光束整形器之间均设置有用于使快门光和待测信号光时间精确同步的延迟线；

上述光克尔快门为级联光克尔快门，所述第一光克尔介质与第二光克尔介质均设置在偏振方向垂直的两个偏振器之间。