[发明专利]一种多窗口脉冲测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种多窗口脉冲测量装置及方法，以解决现有技术中存在的超短脉冲测量分辨率和测量时间窗口不能兼顾的问题。该装置包括产生基频激光脉冲的激光器、设置在激光器出射光路上的分束镜、设置在分束镜透射光路上的阶梯延时单元、设置在分束镜反射光路上的倍频单元、设置在阶梯延时单元和倍频单元出射光路交叉处的和频晶体、依次设置在和频晶体出射光路上的滤波衰减单元、接收及处理单元。激光器产生的基频激光脉冲经分束镜分束，透射基频光经阶梯延时单元产生多束具有不同延时的基频脉冲，反射基频光经倍频单元产生多束二次谐波脉冲，两类脉冲经和频晶体形成包含多个待测窗口三倍频脉冲，并由接收及处理单元接收处理，得到所测量的脉冲波形。

技术领域

本发明涉及脉冲测量领域，具体涉及一种多窗口脉冲测量装置及方法。

背景技术

超短脉冲的脉宽远远小于现有光电探测器的响应时间，为了测量超短脉冲的时间波形，通常将激光脉冲的时间信息通过光学非线性作用，转换为空间信息，根据转换的空间信息间接获取脉冲的时间信息。常用的测量方法包括强度自相关法、光克尔快门、频率分辨光学门(FROG)、光谱相位干涉直接电场重建法(SPIDER)等。

对重复频率的激光脉冲，可以通过逐点扫描的方法来测量其对比度，这种测量技术已经相对成熟，测量的对比度可以达到10⁹以上，测量时间窗口可到ns量级。随着激光能量的不断提高，大功率激光器的脉冲重复频率变得很低乃至为单脉冲状态，无法通过扫描方式来测量。单脉冲测量一般利用脉冲波前在非线性晶体中的交叉重叠来产生延时，将脉冲时间信息转换为一维空间信息。但两束光的交叉角度受到空间走离效应、相位匹配等条件的限制，使得测量时间窗口受到限制。

受时间窗口和分辨率限制，目前仅能获取200ps内的大动态超短脉冲时间波形信息，200ps外的噪声以及预脉冲信息尚不能得到有效评估；利用大动态光电管可以测量ns范围超短脉冲的动态范围，受探测器分辨率限制，光电管测量法将丢失波形信息；利用光栅、棱镜、标准具等，使脉冲波前倾斜，可以在不增加光束交叉角度的情况下增加脉冲波前的交叉角度，提供大的时间窗口，但同时会牺牲测量分辨率。当脉冲带宽很宽时，角色散如何在不牺牲测量分辨率的情况下，增加超短脉冲的测量窗口，解决测量分辨率与测量时间窗口不能兼顾的问题，具有重要的研究意义和实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的超短脉冲测量分辨率和测量时间窗口不能兼顾的问题，而提供了一种多窗口脉冲测量装置及方法。

本发明的原理为：在三阶自相关测量中，基频激光脉冲经分束镜分成透射和反射两束光波，透射的基频光经阶梯反射组件的不同台阶反射端面反射得到多束具有不同延时的基频脉冲，反射的基频光经倍频晶体由第一类相位匹配得到倍频脉冲，两类脉冲以一定的夹角入射到和频晶体中由第一类相位匹配形成三倍频脉冲，三倍频脉冲包括多个待测窗口，将CCD接收的不同窗口的三倍频脉冲强度相关数据进行拼接合成，得到高测量分辨率和大时间测量范围的脉冲波形。

本发明所采用的技术方案是：

一种多窗口脉冲测量装置，其特殊之处在于：

包括产生基频激光脉冲的激光器、设置在激光器出射光路上的分束镜、设置在分束镜透射光路上的阶梯延时单元、设置在分束镜反射光路上的倍频单元、设置在阶梯延时单元和倍频单元出射光路交叉处的和频晶体、设置在和频晶体出射光路上的滤波衰减单元以及设置在滤波衰减单元出射光路上的接收及处理单元；

所述阶梯延时单元包括沿光路依次设置的阶梯反射组件、第一平凹柱面反射镜阵列和半波片；所述阶梯反射组件包括两个多级阶梯反射镜，所述两个多级阶梯反射镜的反射端面一一对应且呈夹角设置，其光路入射角相等；所述第一平凹柱面反射镜阵列的柱状反射面与多级阶梯反射镜的反射端面数量一致；

所述倍频单元包括沿光路依次设置的倍频晶体、第二平凹柱面反射镜阵列和第一滤波片；所述第二平凹柱面反射镜阵列的柱状反射面与多级阶梯反射镜的反射端面数量一致；