[发明专利]基于光克尔效应的超短脉冲同步测试装置与方法

说明书

一种基于光克尔效应的超短脉冲同步测试装置与方法。多束待同步的高功率密度超短脉冲经过光克尔介质后会发生感应双折射效应，该效应会瞬时改变参考光束的偏振特性，通过参考信号脉冲的振幅或者相位变化来测量多束超短脉冲之间的同步。该方法可以实现大角度的超短脉冲在靶点处的同步测量，具有测量精度高，可重复性好，稳定度高等优点。

技术领域

本发明涉及超短脉冲同步，强度测量，相位成像和三阶非线性领域，特别涉及多束超短脉冲之间的时间同步测量装置与方法。

背景技术

随着高功率超短脉冲技术的发展，不同超短脉冲之间的时间同步问题被广泛的研究。例如在进行双锥对撞激光聚变点火研究时，要求多束来自不同角度的短脉冲需要同时轰击靶丸；对于高能拍瓦装置为了进一步提高峰值强度采用相干组束的方法，这也对脉冲之间的时间同步提出了很高的要求；对于可以实现各种瞬态过程测量的泵浦探测实验，高精度时间同步测量与控制也显得尤为重要。目前常见的测量超短脉冲同步的方案有：光电管结合示波器法、光谱干涉法、光学互相关法、激光等离子体法等。光电管结合示波器的方法是目前最常用的一种方法，但是受限于光电管和示波器的响应时间、带宽，目前的同步测量精度一般在10ps左右。光谱干涉方法只能用于宽带超短脉冲的同步测量，并且考虑干涉的情况，不适合用于成角度的聚焦脉冲之间的同步测量。光学互相关法利用两脉冲信号的和频信号强度获取相对延迟，该方法精度可以达到飞秒量级，但是这种方法因为非线性效应的影响，对于复杂波前测量较为困难。激光等离子体法适合进行大角度光束同步测量(Qihua Zhu et al 2018 Laser Phys.Lett.15 015301)，但是等离子体的产生需要激光功率密度高于10¹⁵W/cm²。

所以，目前上述方案无法同时满足用较低能量实现高精度、大角度的超短脉冲在靶点处的同步测量。

发明内容

本发明针对上述超短脉冲同步技术的局限性，提出一种基于光克尔效应的超短脉冲同步测试装置与方法，利用介质光克尔效应，来判断同步脉冲的时间延迟。多束超短脉冲之间的不同时间延迟，经过光克尔介质后，信号脉冲的振幅和相位分布具有不同的变化，这可以有效提升超短脉冲的同步精度。本方法对同步精度进行了量化，对于液体的光克尔介质可以重复进行测量。具有稳定性高，时间同步精度高的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一方面，本发明提供一种基于光克尔效应的超短脉冲同步测试装置，其特点在于，包括：

外部注入信号光，作为参考光，为皮秒脉冲光或飞秒脉冲光；

起偏器，用于调整所述的外部注入信号光的偏振方向；

延迟线，用于产生空间延迟，调节所述的外部注入信号光的时间延迟，并入射至光克尔介质；

光克尔介质，待2束或多束同步脉冲入射至该光克尔介质产生光克尔效应，从而改变所述的外部注入信号光的偏振态；

检偏器，该检偏器的光轴方向与所述的起偏器的光轴方向垂直，用于检测光克尔效应；

探测器，用于检测经检偏器透射或反射后的脉冲强度和相位分布；

控制及数据处理模块，用于控制所述的探测器和所有延迟线，并对获取的数据进行处理，获取不同待同步脉冲与外部注入信号光之间的延迟信息，与待同步脉冲的多束待同步脉冲同步；

第一束待同步脉冲、第N束待同步脉冲为需要实现同步的N束脉冲，为皮秒或飞秒脉冲光，其中N≥2；该N束待同步脉冲与外部注入信号光之间的夹角在(0，π)范围内；

第一路延迟线、第N路延迟线用于产生空间延迟，分别用来调节所述的第一束待同步脉冲，第N束待同步脉冲的时间延迟；