[发明专利]一种纳秒级脉冲激光波形测量装置

说明书

本发明公开了一种纳秒级脉冲激光波形测量装置。该测量装置中，被测平行光束通过会聚透镜后，进入分光镜组，分成多束光，每路光束依次通过衰减器、取样镜、能量计和半导体光电探测器，半导体光电探测器输出电信号通过电缆进入示波器；各路光按顺序与示波器通道一一对应，示波器测试数据通过网线送入计算机。示波器的最后一个通道波形为完整脉冲波形，对应光路的半导体光电探测器工作于线性动态区间内，其余通道对应光路半导体光电探测器工作于饱和区内；示波器各通道脉冲波形依次拼接获得具有高对比度的脉冲波形。该测量装置在确保测量设备处于安全运行状态下可以获得大的线性测量范围，特别适用于高功率激光装置纳秒级脉冲激光波形的测量。

技术领域

本发明属于高功率激光参数测量技术领域，具体涉及一种纳秒级脉冲激光波形测量装置。

背景技术

在高功率激光驱动器中，脉冲激光常采用具有高对比度的多台阶整形脉冲，其脉冲主峰与脉冲前沿台阶之间的对比度达到数百比一，且具有复杂的脉冲波形轮廓和快的上升时间。输出脉冲激光能量达到万焦耳量级，一方面要实现高对比度整形脉冲的全波形实时测量；另一方面，在高功率激光作用下要避免昂贵测量设备的损坏，确保测量设备处于安全运行状态。

目前，高功率激光装置输出高对比度纳秒级脉冲激光波形的测量装置有以下几种，一种装置是采用真空光电管、电脉冲功率分配器和数字示波器，将光电管输出电脉冲等分为两路，利用示波器双通道在不同幅度档位下获取同一个脉冲的完整脉冲波形和底部截止脉冲波形，并进行数据拼接和重构，实现纳秒级脉冲激光波形的测量。由于真空光电管具有很高的线性动态区间，因此这种装置可以获得较大的线性测量范围。但是一方面受限于真空光电管配套使用千伏以上的稳压电源，在高功率激光装置复杂电磁环境下，示波器等贵重测量设备极易受到高压损坏，导致激光装置运行成本高昂；另一方面受限于真空光电管有限的响应带宽，无法实现高功率激光装置输出百皮秒脉冲激光波形的测量。第二种装置是将半导体光电探测器代替第一种方法中的真空光电管并在线性动态区间内工作，通过空间分光为多路，每路光配一个半导体光电探测器输出至示波器，利用示波器多个通道在不同幅度档位下获取同一个脉冲的完整脉冲波形以及不同幅度区间上的截止脉冲波形，并进行数据拼接和重构。由于半导体光电探测器输出幅度具有饱和截止特性，且只需配置极低电压的直流电源，对示波器等贵重测量设备有保护作用，可以大大降低运行成本；另一方面相比真空光电管，半导体光电探测器具有更快的响应，更加适应百皮秒脉冲波形的测量。但是相比真空光电管，半导体光电探测器通常具有较小的线性动态区间，数据拼接后无法获得较大的线性测量范围。因此上述两种纳秒脉冲波形测量装置在面对高功率激光装置输出的高对比度整形脉冲测量时均受到限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纳秒级脉冲激光波形测量装置。

本发明的纳秒级脉冲激光波形测量装置，其特点是：所述的测量装置包括沿光路顺序排列会聚透镜、级联分光组件、衰减器组件、能量监测组件和半导体光电探测器组件，半导体光电探测器组件输出的电信号通过电缆传输至示波器后，再经网线传输至计算机；

所述的级联分光组件包括m组分光镜，各组分光镜输出光束间的能量比范围为0.8~1.2；

所述的衰减器组件包括与m组分光镜一一对应的衰减器；

所述的能量监测组件包括与m组衰减器一一对应的m组取样镜，每个取样镜配置有一个测量用能量计；

所述的半导体光电探测器组件包括与m组取样镜一一对应的m组半导体光电探测器；

m为分光路数，m≥3；

所述的m组半导体光电探测器具有相同的线性动态区间、灵敏度和响应带宽；每组半导体光电探测器的饱和截止特性即饱和最大输出幅度值小于示波器的最大输出。