[发明专利]基于产生脉冲序列的单次脉冲的信噪比测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种测量装置及方法，具体涉及一种基于产生脉冲序列的单次脉冲的信噪比测量装置及方法。

背景技术

飞秒激光脉冲作为一种短脉宽、高强度的激光光源，在强场物理、物质微观性质探测、大容量信息存储、高速光通信等方面应用倍受青睐，但是这些应用对脉冲的信噪比都有很高的要求。当预脉冲的峰值功率超过介质的电离阈值，就会先于主脉冲与介质表面发生电离反应，形成等离子体表面，从而改变介质的属性，影响主脉冲与介质的相互作用，甚至主脉冲与介质完全不能发生预期作用。这点在大型激光点火装置、超精细激光加工领域是非常重要的，都需要稳定、高对比度、合适波形的脉冲才能使用。因此我们必须得知待使用的激光脉冲信噪比参数是否达到要求，也就是要实现对激光脉冲信噪比的测量。

以往基于强度相关函数的测量方式都建立在大量超短激光脉冲的基础上，也就是高重频的脉冲。对于单次激光脉冲，目前的测量方式无法提供多次采样数据，也就是不能利用强度相关函数的方法测量信噪比。

现有的一些单次脉冲复制成脉冲序列，以实现强度相关函数的方法，比如光纤复制环等，在复制环内同时注入单次信号光和泵浦光，以输出大量的等强度信号光的复制序列，对序列进行切割然后累积平均。然而该方法结构比较复杂，需要利用到光衰减器、光纤耦合器、光纤隔离器、波分复用器、掺镱增益光纤等元器件，涉及到增益光纤中的色散问题，并且一般只能适用于纳秒级的单次脉冲复制，另外还需要大量的软件处理以消除噪声积累，因此在单次脉冲测量中并不能实用化和集成化。另外一些直接测量单次脉冲的方法，如某些扫描式光快门方法，也会存在低的时域分辨率及动态范围不高的缺点。高的时域分辨率及动态范围、宽的时域窗口是实现单次激光脉冲信噪比测量的三个最重要的指标，时域分辨率基本在飞秒及数个皮秒量级为宜，分辨率越高，测量结果越精确。现有的方法动态范围一般在10⁵至10⁶左右，受限于各种因素难以提高，但是更高的动态范围明显有利于检测信噪比净化更好的脉冲。时域窗口要尽量宽，要能包含单次脉冲的整个时域波形，对于单次的飞秒激光脉冲，时域窗口在数十个皮秒为宜。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提出了一种测量精度高、结构简单的基于产生脉冲序列的单次脉冲的信噪比测量装置及方法。

本发明的具体技术方案是：

一种基于产生脉冲序列的单次脉冲的信噪比测量装置，其特征在于：包括分束镜、双面反射镜、反射镜、第一和频晶体、第二和频晶体、二向色镜、λ/2半波片、透镜、步进电机以及探测器CCD；

所述分束镜将被测单次脉冲分成第一基频脉冲和第二基频脉冲；

所述第一基频脉冲的光路上正对设置有双面反射镜；

所述第二基频脉冲的光路依次设置有反射镜、第一和频晶体、二向色镜和λ/2半波片；

所述第一基频脉冲经双面反射镜后形成的等时间间隔、脉冲强度递减的脉冲序列；所述第二基频脉冲经反射镜、第一和频晶体、二向色镜和λ/2半波片后形成倍频脉冲；所述倍频脉冲的行进路线方向与所述脉冲序列相同且相互平行；所述倍频脉冲的偏振方向与脉冲序列相互平行；

所述脉冲序列和倍频脉冲经过透镜的聚焦后经过第二和频晶体产生三次谐波脉冲序列；

所述步进电机位于脉冲序列的行进路线上或倍频脉冲的行进路线上或第二和频晶体与探测器CCD之间；

所述三次谐波脉冲序列垂直入射至探测器CCD。

上述第二和频晶体和探测器CCD之间的设置有环形挡光板。

基于上述测量装置，现提出该装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)被测单次脉冲的分束；

被测单次脉冲经过分束镜分成第一基频脉冲和第二基频脉冲；

2)三次谐波脉冲序列的获取；

2.1)第一基频脉冲正射入双面反射镜，经双面反射镜的前后两个镜面多次反射，产生等时间间隔、脉冲强度递减的脉冲序列；同时，所述第二基频脉冲依次经过反射镜、第一和频晶体、二向色镜和λ/2半波片产生倍频脉冲；所述倍频脉冲的行进路线方向与所述脉冲序列相同且相互平行；所述倍频脉冲的偏振方向与脉冲序列相互平行；

2.2)调节延迟量使得所述脉冲序列和倍频脉冲分别通过透镜后同步到达第二和频晶体，产生三次谐波脉冲序列；

3)被测单次脉冲信噪比获取；