[发明专利]中红外超快光信号高速实时采样与测量装置及方法

说明书

本发明属于光学测量领域，涉及一种中红外超快光信号高速实时采样与测量装置及方法。解决目前中红外波段的探测器无法满足中红外超快光信号探测需求的问题，装置包括域放大单元及探测单元，利用时域放大单元对入射至时域放大单元内的信号光进行采样和时域放大，将中红外波段的信号光转化为近红外/可见波段；利用探测单元接收并记录时域放大单元处理后待测信号光的信息，实现中红外超快光信号的高速实时采样与测量。能够准确获得其亚皮秒瞬态特征，突破了传统光电探测器响应速率和示波器带宽等能力限制，适用于飞秒级中红外超快光信号。

技术领域

本发明属于光学测量领域，涉及一种高速实时采样与测量装置及方法，尤其涉及一种基于时域放大的中红外超快光信号高速实时采样与测量装置及方法。

背景技术

中红外激光(3-5μm波段)在大气中传输时损耗很小，对大雾、烟尘等有着很强的穿透能力，受小颗粒悬浮物散射及气体分子吸收等影响较小，形成了一个极其重要的大气透明窗口，而且覆盖了众多原子及分子的特征谱线，有鉴于此，对这一波段激光及应用的研究一直是光学领域的重要分支和研究热点。近年来，随着激光技术的不断发展，中红外超快激光的宽度越来越窄，从皮秒量级进入到飞秒量级甚至更短，峰值功率越来越高，从兆瓦量级进入到太瓦量级甚至更高，成为诸多科学研究领域强有力的研究工具和手段，给相关科学研究带来了巨大的积极影响。中红外激光因其独特的特点和优势，在大容量高速远程通信、分子光谱学、环境检测、医学、军事等领域都有重要的应用价值和广阔的发展前景，受到国内外科研人员的高度关注和重视。例如，中红外超短脉冲可以用来研究很多材料结构的时间分辨光谱；利用波长较长的中红外超快激光作为泵浦光有利于实现高阶谐波的产生；自由空间光通信采用中红外光载波比近红外光载波经受更小的损耗；中红外分子光谱探测与近红外波段相比具有更高的灵敏度。然而目前中红外波段的探测器大多需要在低温环境下工作，操作条件、噪声环境和响应速率等都受到了极大限制，不利于高速、实时和低噪的应用场合，无法满足中红外超快光信号的探测需求，极大限制了中红外激光技术的应用和快速发展。因此，如何实现中红外超快光信号的高速实时采样和测量，提升测量结果的准确性和可靠性，成为中红外激光及应用领域迫切需要解决的热点和难点问题。

发明内容

为了解决目前中红外波段的探测器无法满足中红外超快光信号探测需求的问题，实现中红外超快光信号的高速实时采样与测量，本发明提供了一种基于时域放大的中红外超快光信号高速实时采样与测量装置及方法。利用时域放大方法采样和测量中红外超快光信号，有效地实现中红外超快光信号的高速实时采样与测量，原理简单，结构紧凑，调试方便。

本发明的技术解决方案是提供一种中红外超快光信号高速实时采样与测量装置，其特殊之处在于：包括时域放大单元及探测单元；

上述时域放大单元用于对接收的待测信号光进行采样与时域放大，能够实现中红外超快光信号的快速采样与高倍率低畸变时域放大，将中红外波段的光信号转换到近红外/可见波段；

上述探测单元用于接收并记录时域放大单元处理后的待测信号光信息。

进一步地，上述时域放大单元包括合束器、分别位于合束器两路入射光路中的信号光光路、泵浦光光路及位于合束器出射光路中的新频率光光路；

上述信号光光路包括沿光路设置的衰减器、第一偏振控制器及第一色散介质；上述泵浦光光路包括沿光路设置的泵浦源、第二偏振控制器及第二色散介质；

上述新频率光光路包括沿光路依次设置的高非线性铌酸锂波导、滤波器及第三色散介质；

上述信号光光路中，衰减器用于调节信号光的强度；使得信号光满足发生三波混频的强度条件；第一偏振控制器用于对信号光偏振调节，使得信号光满足发生三波混频的相位匹配条件；第一色散介质用于对信号光频域进行二次相位调制；