[发明专利]光学放大高动态范围纳秒窗口信噪比测量装置

说明书

一种光学放大高动态范围纳秒窗口信噪比测量装置，包括耦合单元、缩束单元、半波片、第一分光镜、第一衰减片、第一测量透镜、第一探测器、组合式晶体、第二分光镜、第二衰减片、第二测量透镜、第二探测器、第三分光镜、反射镜、第三测量透镜、第三探测器、第四测量透镜、光纤耦合器、传输光纤、光学放大器、第四探测器、高速示波器、数据处理单元。光学放大器提升了第四探测器的灵敏度和极限测量能力，组合式晶体保证了第二、三、四探测器均能在高功率激光脉冲(1.7×109W@1.7mJ@1ps)作用下正常工作而不损坏，从而提供了测量装置高动态范围扩展的可行性。第一、二、三、四探测器能分别实现(10⁹,10¹²)、(10⁶,10⁹)、(10³,10⁶)、(10⁰,10³)动态范围测量，同时实现10¹²的准确完备的高动态范围测量。

技术领域

本发明涉及超短激光脉冲的参数诊断，是一种适用于高功率纳秒、皮秒及飞秒脉冲的高动态范围信噪比测量装置。

背景技术

超短脉冲的信噪比是超短超强激光装置中的一项重要参数。随着激光技术的发展，激光焦斑的可聚焦功率密度能够达到10²⁰W/cm²或者更高，其噪声也随之升高。当该聚焦光斑用于等离子体物理、激光与物质相互作用等相关物理实验时，希望前沿噪声的聚焦功率密度小于10¹²W/cm²，以避免前沿噪声与物质产生预等离子体，影响后续激光主脉冲与物质的相互作用。采用信噪比来评估该项技术指标时，定义为主脉冲的强度与前沿噪声的强度的比值。即要求超短脉冲的信噪比＞10⁸。

西安光机所贺俊芳在2012年申请单次激光信噪比探测装置的专利(CN103048053B)，其在快门光的光路中设置了缩束器，并去掉了信号光光路上的单脉冲延迟器，使得快门光对信号光进行空间上的扫描取样，时间上是连续的。由光克尔响应和弛豫时间短的面阵探测器对光脉冲进行探测。

上海光机所范薇在2017年申请的脉冲激光信噪比检测装置的专利(CN107830938A)，基于光纤分束器、光纤延迟器和双极电光调制器，可以实现10⁵(50dB)的动态范围。该方案的不足之处，一方面在于光纤的损伤阈值限制了动态范围的进一步提升，另一方面在于仅有一个光电探测器限制了时间分辨能力。

上海光机所颉秋寒在2017年申请的纳秒脉冲光信噪比测量装置专利(CN108007583A)，基于分束镜、损伤防护板，可以实现10⁸的动态范围。该方案的不足之处，一方面在于损伤防护板为消耗性材料，需要频繁更换；另一方面在于动态范围还不够高，无法满足下一代高功率激光器的更高动态范围测试需求。

上海光机所欧阳小平在2019年申请的用于超短脉冲的高动态范围信噪比测量装置专利(CN110132432A)，基于组合式非线性晶体和校准单元，可以提升高动态范围信噪比测量中的光电探测器寿命和时间响应特性。该方案的不足之处在于，没有具体的动态范围提升方案用于满足≥10¹⁰的高动态范围测量需求。

发明内容

本发明所要解决的问题，是前期已有的基于光电探测器并联工作方式的信噪比测量技术方案无法实现动态范围的进一步提升的困难。

本发明的技术解决方案是：

建立一种新型的高动态范围信噪比测量装置，其构成包括第一耦合镜、第二耦合镜、缩束主透镜、缩束负透镜、半波片、第一分光镜、第一衰减片、第一测量透镜、第一探测器、组合式晶体、第二分光镜、第二衰减片、第二测量透镜、第二探测器、第三分光镜、反射镜、第三测量透镜、第三探测器、第四测量透镜、光纤耦合器、传输光纤、光学放大器、第四探测器、高速示波器、数据处理单元。