[发明专利]一种纳秒级脉冲激光波形测量方法

摘要

本发明公开了一种纳秒级脉冲激光波形测量方法。该测量方法中，被测平行光束通过会聚透镜后，进入分光镜组，分成多束光，每路光束依次通过衰减器、取样镜、能量计和半导体光电探测器，半导体光电探测器输出电信号通过电缆进入示波器；各路光按顺序与示波器通道一一对应，示波器测试数据通过网线送入计算机。示波器排序最后通道波形为完整脉冲波形，对应光路半导体光电探测器工作于线性动态区间内，其余通道对应光路半导体光电探测器工作于饱和区内；示波器各通道脉冲波形依次拼接获得具有高对比度的脉冲波形。该测量方法在确保测量设备处于安全运行状态下可以获得大的线性测量范围，特别适用于高功率激光装置纳秒级脉冲激光波形的测量。

主权项

1.一种纳秒级脉冲激光波形测量方法，其特征在于：所述的测量方法采用的测量装置包括沿光路顺序排列会聚透镜（1）、级联分光组件（2）、衰减器组件（3）、能量监测组件（4）和半导体光电探测器组件（5），半导体光电探测器组件（5）输出的电信号通过电缆（11）传输至示波器（12）后，经网线（13）传输至计算机（14）；所述的级联分光组件（2）包括m组分光镜（6），各组分光镜（6）输出光束间的能量比范围为0.8~1.2；所述的衰减器组件（3）包括与m组分光镜（6）一一对应的衰减器（7）；所述的能量监测组件（4）包括与m组衰减器（7）一一对应的m组取样镜（8），每个取样镜（8）配置有一个测量用能量计（9）；所述的半导体光电探测器组件（5）包括与m组取样镜（8）一一对应的m组半导体光电探测器（10）；m为分光路数，m≥3；所述的m组半导体光电探测器（10）具有相同的线性动态区间、灵敏度和响应带宽；每组半导体光电探测器（10）的饱和截止特性即饱和最大输出幅度值小于示波器（12）的最大输出；所述的测量方法包括以下步骤：a.测量前，单次脉冲光束通过会聚透镜（1）和级联分光组件（2）的分光镜（6），获得m组输出光路，调整每组光路的衰减器（7）配置及示波器（12）通道的幅度档位即垂直偏转系数，使得示波器（12）的每组通道均显示完整脉冲波形且对应的半导体光电探测器（10）处于线性动态区间内；能量计（9）显示对应的取样镜（8）的取样光脉冲能量值，计算各组光路对应的示波器（12）通道输出波形幅度值与取样光能量值的比值=/（i=1、2、……m）；b.测量时，将每组光路的衰减器（7）配置和示波器（12）通道的幅度档位调整至测量状态，测量状态下，按1、2、……m‑1组光路顺序，示波器（12）对应的通道幅度档位由低到高排列，其中第一组光路对应的示波器（12）的1通道幅度档位为示波器最低档位，1、2、……m‑1组光路对应的衰减器（7）配置也由低到高排列；第m组光路的衰减器（7）配置使得对应的半导体光电探测器（10）处于线性动态区间内，并结合第m组光路对应的示波器（12）通道幅度档位的设置，使得第m组光路对应的示波器（12）通道波形为完整脉冲波形，其余各组幅度档位的通道波形为满屏截止波形且对应的半导体光电探测器（10）工作处于饱和区内即非线性动态区间内，每组光路的能量计（9）显示对应光路的能量值（i=1、2、……m）；测量完毕后，通过计算机（14）将示波器（12）各通道波形归一化，并在一个坐标系内显示；计算相邻两个通道脉冲上升沿半高处所对应的时间轴坐标差为相邻通道间的时间延迟，时间延迟包括、、……；c.选择各通道的数据拼接点，各通道的数据拼接点均处于通道波形的上升沿，若通道对应的半导体光电探测器（10）工作在饱和区内，选择的数据拼接点处于线性动态区间内，并尽可能靠近线性动态区间的最大值；低幅度档位通道波形数据拼接点的幅度值大于相邻高幅度档位通道波形幅度值的10%；数据拼接点在时间轴上的投影为分界点，舍弃大于分界点的波形数据，保留的通道波形为幅度‑时间轴上的截断波形，且截断波形处于相对应的半导体光电探测器（10）的线性区内；d.根据步骤a中的比值，将各通道在步骤b测量状态下实测的能量值转换为对应通道的完整脉冲波形的幅度值，并基于各通道完整脉冲波形的幅度值一致的原则，计算各通道波形放大或缩小的比例系数（i=1、2、……m）；e.根据步骤d的比例系数，将步骤c中得到的各通道截断波形在幅度上进行放大或缩小；f.根据步骤b中的两个相邻通道间的时间延迟，将步骤e中得到的低幅度档位通道的截断波形在时间轴上平移，并替换相邻的高幅度档位通道的截断波形中的等值部分；拼接后组成的新波形为新的高幅度档位通道波形，之后再向更高幅度档位通道波形继续拼接，直至全部通道波形拼接完成。