[发明专利]飞焦级纳秒脉冲激光能量探测装置

摘要

本发明公开了一种飞焦级纳秒脉冲激光能量探测装置，属于光学计量技术领域。该装置包括会聚镜组件、探测器、驱动电路和放大组件；会聚镜组件将飞焦级纳秒脉冲激光光源发出的平行光束会聚到探测器的光敏面上；探测器选用银氧铯光电阴极的PMT探测器，驱动电路通过合适的高压输出、匹配设计的分压网络和滤波网络使探测器具有高灵敏度和低暗电流的输出；放大组件的带宽大于200MHz，同时还可对探测器的输出进行64倍、512倍或4096倍的放大，以满足后续应用装置的采集要求。本发明解决了飞焦级纳秒脉冲激光的探测问题，同时实现了超高速微弱脉冲信号的放大输出。

主权项

一种飞焦级纳秒脉冲激光能量探测装置，包括会聚镜组件、探测器、驱动电路和放大组件；其特征在于：所述会聚镜组件包括窄带滤光片和会聚透镜，窄带滤光片的中心波长为1.064μm，飞焦级纳秒脉冲激光光源发出的平行光束经窄带滤光片滤光后，由会聚透镜聚焦到探测器的光敏面上；所述探测器为无制冷且含有n个打拿级的光电倍增管，其光电阴极（K）的材料为银氧铯，光敏面直径大于1mm，响应时间小于5ns，n的取值依据飞焦级纳秒脉冲激光能量探测装置的灵敏度和信噪比要求；所述驱动电路包括可调高压电路、分压网络和滤波网络，可调高压电路的作用是为分压网络提供所需的负高压，分压网络包括n+1个串联电阻，第一个电阻的非串接端与探测器的光电阴极（K）和可调高压电路的负高压输出端相连，第n+1个电阻的非串接端接地，n+1个串联电阻的n个串接处与探测器的n个打拿级（DY1～DY9）一一对应相连，其中，第一个打拿级（DY1）接到与光电阴极（K）相连的电阻的串接端；滤波网络包括m个串联的电容，m≤n，m取决于对渡越噪声的滤波效果要求，分压网络的一端接地，另一端接探测器的第n‑m+1个打拿级上，m个串联电容的m‑1个串接处与探测器的第n‑m+2个至第n个打拿级一一对应连接；所述放大组件的放大倍数不小于64倍，该放大组件包括直流电源、电流电压转换电路、第一至第四级电压放大电路；直流电源提供幅值相同的正电压和负电压；电流电压转换电路的功能是将脉冲电流信号转换为脉冲电压信号；第一至第四级电压放大电路的放大倍数均小于9倍，第一级电压放大电路和第二级电压放大电路相同，第三级电压放大电路和第四级电压放大电路相同；第一级电压放大电路包括第一运算放大器（N1）、两个电源滤波电路、信号滤波电路，第一放大电阻（R13）、第一反相输入电阻（R12）和第一接地电阻（R14），第一运算放大器（N1）的正压输入端和直流电源的正电压相连，第一运算放大器（N1）的负压输入端和直流电源的负电压相连；一个电 源滤波电路的正极接第一运算放大器（N1）的正压输入端，负极接地；另一个电源滤波电路的负极接第一运算放大器（N1）的负压输入端，正极接地；第一放大电阻（R13）和信号滤波电路同时并联在第一运算放大器（N1）的反相输入端和输出端之间；第一接地电阻（R14）一端接地，另一端接第一运算放大器（N1）的正相输入端；第一反相输入电阻（R12）一端接第一运算放大器（N1）的反相输入端；第三级电压放大电路包括第二运算放大器（N2）、两个电源滤波电路、信号滤波电路，第二放大电阻（R20）和第三放大电阻（R21）、单刀双掷开关、第二反相输入电阻（R18）和第二接地电阻（R19），第二运算放大器（N2）正压输入端和直流电源的正电压相连，第二运算放大器（N2）的负压输入端和直流电源的负电压相连；一个电源滤波电路正极接第二运算放大器（N2）的正压输入端，负极接地；另一个电源滤波电路负极接第二运算放大器（N2）的负压输入端，正极接地；信号滤波电路跨接在第二运算放大器（N2）的反相输入端和输出端之间；第二、第三放大电阻的一端均与第二运算放大器（N2）的输出端相连，另一端空置，单刀双掷开关的固定端和第二运算放大器（N2）的反相输入端相连，单刀双掷开关选择端根据所需放大倍率而与第二放大电阻（R20）或第三放大电阻（R21）的另一端导通；第二接地电阻（R19）一端接地，另一端接第二运算放大器（N2）的正相输入端；第二反相输入电阻（R18）一端接第二运算放大器（N2）的反相输入端；所述电源滤波电路由三个并联的电容构成，其中一个电容为电解电容；所述第一运算放大器（N1）、第二运算放大器（N2）的带宽均不小于1G；电流电压转换器的一端接地，另一端同时与第一级电压放大电路的第一反相输入电阻（R12）的另一端以及探测器的阳极（P）相连，第一级电压放大电路的输出端和第二级电压放大电路的第一反相输入电阻（R12）的另一端相连，第二级电压放大电路的输出端和第三级电压放大电路的第二反相输入电阻（R18）的另一端相连，第三级电压放大电路的输出端和第四级电压放大电路的第二反相输入电阻（R18）的另一端相连。