[发明专利]一种超短脉冲的高动态范围信噪比测量装置

说明书

一种超短脉冲的高动态范围信噪比测量装置，其构成包括分光光阑、分光镜、第一反射镜、第一非线性晶体、第一台阶反射镜、第二台阶反射镜、第二反射镜、第二非线性晶体、衰减累积单元、第三反射镜、成像透镜、第四反射镜、二维光电探测器、图像处理单元。本发明实现高动态范围信号的大幅度衰减和阵列编组，将高动态的一维互相关信号变换为低动态范围的二维互相关信号，能够提供时间窗口200ps、动态范围＞10⁹的信噪比单次测量功能。

技术领域

本发明专利涉及超短激光脉冲的参数诊断，是一种用于超短脉冲的高动态范围信噪比测量装置。一方面，它基于台阶结构的反射镜，产生时间延迟量100ps的两个子光束；另一方面，它基于衰减累积单元和反射镜的组合式结构进行强度-空间变换，同时实现高动态范围的大倍率衰减和阵列编组，然后在二维空间分布上进行大范围时间窗口的信号采集和处理。

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，希望前沿噪声的聚焦功率密度小于10¹²W/cm²，以避免前沿噪声与物质产生预等离子体，影响后续激光主脉冲与物质的相互作用。采用信噪比来评估该项技术指标时，定义为主脉冲的强度与前沿噪声的强度的比值。即要求超短脉冲的信噪比＞10⁸。

美国罗切斯特大学的Christohpe Dorrer在2008年基于单次互相关原理和法布里-帕罗腔内多次反射原理，提出了脉冲复制的单次信噪比测量方法，时间窗口达到200ps，时间分辨率为6ps，动态范围为10⁶(参见Optics Express，Vol.16，No.18，pp:13534)。

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的R.C.Shah在2009年基于啁啾脉冲的光谱色散效应，提出了光栅波前倾斜的单次信噪比测量方法，时间窗口达到30ps，时间分辨率为4ps，动态范围为10⁶(参见Eur.Phys.J.D.Vol.55，pp:305)。

上海交通大学的Yongzhi Wang在2014年基于光纤阵列和光电倍增管组合的空间-时间变换原理，提出了光纤阵列信噪比测量方法，时间窗口为50-100ps，时间分辨率我0.5-1ps，动态范围为10¹⁰(参见Scientific Reports，Vol.4，pp:3818)

法国Fastlite公司的Thomas Oksenhendler在2017年基于自参考光谱干涉(SelfReferenced Spectral Interferometer)原理，提出了光谱相干的单次信噪比测量方法，时间窗口达到18ps，时间分辨率为18fs，动态范围为10⁸(参见Optics Express，Vol.25，No.11，pp:12588)。

在自相关仪的相关专利技术方面，西安光机所的王向林在2012年基于光克尔透镜效应和啁啾脉冲特性，申请了光栅波前倾斜的单次信噪比测量方法的专利(CN103063315A)。西安光机所的刘红军在2014年基于法布里-帕罗腔内多次反射原理，申请了产生脉冲序列的单次信噪比测量方法的专利(CN104075815A)。

上海复旦大学的钱列加在2008年申请了基于光纤阵列的单次信噪比测量方法的专利(CN101750155A)。上海交通大学的钱列加在2011年申请了基于非谐波长波长取样光的单次信噪比测量方法的专利(CN102175334A)，同年还申请了基于准相位匹配的激光脉冲高保真度信噪比单次测量方法的专利(CN102426062A)。钱列加还在2017年申请了时空分辨的远场脉冲信噪比测量方法的专利(CN104089710A)。