[发明专利]飞焦级纳秒脉冲激光能量探测装置

说明书

技术领域

本发明属于光学计量技术领域，主要涉及一套激光能量探测装置，尤其涉及一套飞焦级纳秒脉冲激光能量探测装置。 

背景技术

对于波长为1.064μm、脉宽为5ns～1μs、能量为1fJ～500fJ的激光微能量探测，无论是国内还是国外，实现准确测量都是一个难题。英国国家物理实验室（NPL）、德国联邦物理技术研究院(PTB)、俄罗斯全俄光学物理研究院（VNIIOFI）在1fJ～5×10⁵fJ的微能量探测方面都进行了大量研究，但小于500fJ飞焦的激光能量的探测装置和探测方法没有公开。目前仅有美国国家标准技术研究院（NIST）公开了500fJ以下能量段的校准能力，微能量的校准范围为10^-13J～10^-6J，即100fJ～1×10⁶fJ，但其只能针对激光脉宽为15ns～250ns的激光光源进行校准。更精密和探测精度更高的校准装置未见公开报道。 

对于1.064μm的脉冲激光，当前我国正在研建的微能量标准装置或微能量计的测量范围为1×10^-6J～1×10^-13J，而且只针对200ns以内的脉冲激光。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一套飞焦级纳秒脉冲激光能量探测装置，以解决波长为1.064μm、能量在为1fJ～1pJ、脉宽为5ns～1μs的飞焦级纳秒脉冲激光光源的能量探测问题。 

为解决上述技术问题，本发明提供的飞焦级纳秒脉冲激光能量探测装置包括会聚镜组件、探测器、驱动电路、放大组件和壳体；所述会聚镜组件包括窄带滤光片和会聚透镜，窄带滤光片的中心波长为1.064μm，飞焦级纳秒脉冲激光光源发出的平行光束经窄带滤光片滤光后，由会聚透镜聚焦到探测器的光敏面上；所述探测器为无制冷且含有n个打拿级的光电倍增管，其光电阴极的材料为银氧铯，光敏面直径大于1mm，响应时间小于5ns，n的取值依据飞焦级纳秒脉冲激光能量探测装置的灵敏度和信噪比要求；所述驱动电路包括可调高压电路、分压网络和滤波网络，可调高压电路的作用是为分压网络提供所需的负高压，分压网络包括n+1个串联电阻，第一个电阻的非串接端与探测器的光电阴极和可调高压电路的负高压输出端相连，第n+1个电阻的非串接端接地，n+1个串联电阻的n个串接处与探测器的n个打拿级一一对应相连，其中，第一个打拿级接到与光电阴极相连的电阻的串接端；滤波网络包括m个串联的电容，m≤n，m取决于对渡越噪声的滤波效果要求，分压网络的一端接地，另一端接探测器的第n-m+1个打拿级上，m个串联电容的m-1个串接处与探测器的第n-m+2个至第n个打拿级一一对应连接；所述放大组件的放大倍数不小于64倍，该放大组件包括直流电源、电流电压转换电路、第一至第四级电压放大电路；直流电源提供幅值相同的正电压和负电压；电流电压转换电路的功能是将脉冲电流信号转换为脉冲电压信号；第一至第四级电压放大电路的放大倍数均小于9倍，第一级电压放大电路和第二级电压放大电路相同，第三级电压放大电路和第四级电压放大电路相同；第一级电压放大电路包括第一运算放大器、两个电源滤波电路、信号滤波电路，第一放大电阻、第一反相输入电阻和第一接地电阻，第一运算放大器的正压输入端和直流电源的正电压相连，第一运算放大器的负压输入端和直流电源的负 电压相连；一个电源滤波电路的正极接第一运算放大器的正压输入端，负极接地；另一个电源滤波电路的负极接第一运算放大器的负压输入端，正极接地；第一放大电阻和信号滤波电路同时并联在第一运算放大器的反相输入端和输出端之间；第一接地电阻一端接地，另一端接第一运算放大器的正相输入端；第一反相输入电阻一端接第一运算放大器的反相输入端；第三级电压放大电路包括第二运算放大器、两个电源滤波电路、信号滤波电路，第二放大电阻和第三放大电阻、单刀双掷开关、第二反相输入电阻和第二接地电阻，第二运算放大器正压输入端和直流电源的正电压相连，第二运算放大器的负压输入端和直流电源的负电压相连；一个电源滤波电路正极接第二运算放大器的正压输入端，负极接地；另一个电源滤波电路负极接第二运算放大器的负压输入端，正极接地；信号滤波电路跨接在第二运算放大器的反相输入端和输出端之间；第二、第三放大电阻的一端均与第二运算放大器的输出端相连，另一端空置，单刀双掷开关的固定端和第二运算放大器的反相输入端相连，单刀双掷开关选择端根据所需放大倍率而与第二放大电阻或第三放大电阻的另一端导通；第二接地电阻一端接地，另一端接第二运算放大器的正相输入端；第二反相输入电阻一端接第二运算放大器的反相输入端；所述电源滤波电路由三个并联的电容构成，其中一个电容为电解电容；所述第一运算放大器、第二运算放大器的带宽均不小于1G；电流电压转换器的一端接地，另一端同时与第一级电压放大电路的第一反相输入电阻的另一端以及探测器的阳极相连，第一级电压放大电路的输出端和第二级电压放大电路的第一反相输入电阻的另一端相连，第二级电压放大电路的输出端和第三级电压放大电路的第二反相输入电阻的另一端相连，第三级电压放大电路的输出端和第四级电压放大电路的第二反相输入电阻的另一端相连。