[发明专利]单发激光脉冲检测装置

说明书

本发明提供了一种单发激光脉冲检测装置，包括：探测光路，传输基频探测光脉冲；参考光路，传输倍频参考光脉冲；双脉冲发生器，用于获得具有第一延时并且沿参考光路共线传输的双脉冲；光脉冲转换器，用于将双脉冲转换为在时间上相互延迟的、空间上相互分离的、且基本平行传播的一系列的双脉冲形式的子脉冲；脉冲展宽器，用于将基频探测光脉冲各频率分量进行平移，从而在时域上进行展宽；色散器，用于将基频探测光脉冲中的各频率分量在空间上进行分离；以及平面探测器，用于使来自色散器的基频探测光脉冲和子脉冲产生三阶互相关脉冲信号。本发明能够精确测量飞秒拍瓦激光脉冲波形，解决了大动态范围超快超强脉冲的诊断困难的问题。

技术领域

本发明涉及工程光学应用技术领域，特别是涉及一种单发激光脉冲检测装置。

背景技术

上世纪八十年代，美国罗切斯特大学的科学家提出了啁啾脉冲放大技术(CPA)，使得超高功率超快激光脉冲成为可能(参见D.Strickland and G.Mourou，Opt.Commun.56，219(1985)。基于该原理技术，国际上已有几个实验室得到了峰值功率突破PW(拍瓦，10¹⁵W)的单次超强激光输出。如何测量这类激光的对比度，是一个令人关心并影响该激光研究发展的主要问题。

一般情况下，在放大的激光脉冲的背景信号中，存在着一些强度比较大的噪声脉冲，它们的存在对于物理实验的结果会产生不利的影响。过高的预脉冲会在目标靶上产生预等离子体，这些等离子体就改变了主激光脉冲与物质相互作用时的等离子体的初始状态，干扰甚至屏蔽阻挡后续的主脉冲，使之无法与目标靶相互作用，或者使得后续到达的主强激光的分布和其波形产生严重畸变，会严重影响实验结果的处理和分析。因此，信噪比、对比度是超短脉冲激光的重要指标，也是工程师们努力提高的关键指标，而对PW脉冲的精确测量诊断是其产生和应用的关键技术。飞秒PW激光的时间波形(Temporal Profile)、信噪比(SNR，Single to Noise Ratio)、或时间对比度(Temporal Contrast)是检测的关键参数。就此问题，根据物理实验的需求提出信噪比定义(参见Li Ming,et.al，JOSA B，Vol.27Issue 8，pp.1534-1542(2010)；D.M.Pennington,et.al，IEEE J.Selected Topicsin Quantum Electronics,Vol.6,No.4,(2000)；H.M.Peng，et.al，in X-Ray Lasers，(Defense Industry Press,Beijing,1997)(In Chinese))，如下：

其中：分子项为主脉冲峰值功率，整个相关测量(correlation measurement)以其为基准点。分母项为由极限函数定义的由负无穷到-100ps或-10ps(其负号表示是主脉冲前沿时间)的最大值，该值对应于脉冲前沿的台阶上的某个最大值。这个突起的噪声是系统所固有的，主要来自放大的自发辐射(ASE)以及前级振荡器的预脉冲(pre-pulse)和放大器的非线性效应以及参量荧光等。在强场高能密度物理实验中，特别关心在-100ns，-20ns，-1ns，-100ps，-10ps(其负号表示是主脉冲前沿时间)等时刻的飞秒拍瓦激光的信噪比。它们分别对应着物理规律的关键判据点。由此决定了要诊断飞秒拍瓦激光脉冲，就要求必须足够敏感地测量超过15个数量级的强度变化，而且时间跨度从百纳秒(10^-9s)到几个飞秒(10^-15s)均要求敏感感知，足有8个数量级的跨度的时间窗口(temporal window)。