基于光纖傳輸架構的單發(fā)激光脈沖檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及工程光學應用技術領域，特別是涉及一種基于光纖傳輸架構的單發(fā)激 光脈沖檢測裝置。
【背景技術】
[0002] 上世紀八十年代，美國羅切斯特大學的科學家提出了啁啾脈沖放大技術（CPA)，使 得超高功率超快激光脈沖成為可能（參見D. Strickland and G. Mourou，Opt. Commun. 56， 219(1985)?；谠撛砑夹g，國際上已有幾個實驗室得到了峰值功率突破PW(拍瓦，1015W) 的單次超強激光輸出。如何測量這類激光的對比度，是一個令人關心并影響該激光研宄發(fā) 展的主要問題。
[0003] -般情況下，在放大的激光脈沖的背景信號中，存在著一些強度比較大的噪聲脈 沖，它們的存在對于物理實驗的結果會產生不利的影響。對PW脈沖的精確測量是其產 生和應用的關鍵技術。過高的預脈沖會在目標靶上產生預等離子體，這些等離子體就改 變了主激光脈沖與物質相互作用時的等離子體的初始狀態(tài)，干擾甚至屏蔽阻擋后續(xù)的主 脈沖，使之無法與目標靶相互作用，或者使得后續(xù)到達的主強激光的分布和其波形產生 嚴重畸變，會嚴重影響實驗結果的處理和分析。因此，信噪比、對比度是超短脈沖激光的 重要指標，也是工程師們努力提高的關鍵指標，而對PW脈沖的精確測量診斷是其產生和 應用的關鍵技術。飛秒PW激光的時間波形（Temporal Profile)、信噪比（SNR，Single to Noise Ratio)、或時間對比度（Temporal Contrast)是檢測的關鍵參數。就此問題， 根據物理實驗的需求提出信噪比定義（參見Li Ming，et.al，JOSA B，Vol.27ISSue 8， pp. 1534-1542(2010) ；D. M. Pennington, et. al, IEEE J.Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 6, No. 4, (2000) ;H. M. Peng，et. al，in X-Ray Lasers,(Defense Industry Press, Beijing, 1997) (In Chinese))，如下：
【主權項】
1. 一種基于光纖傳輸架構的單發(fā)激光脈沖檢測裝置，用于檢測單發(fā)的待測激光脈沖， 包括： 探測光路，用于傳輸基頻探測光脈沖；所述基頻探測光脈沖由所述待測激光脈沖形 成； 參考光路，用于傳輸倍頻參考光脈沖；所述倍頻參考光脈沖由所述待測激光脈沖通過 倍頻處理形成； 設置在所述參考光路中的光纖回蕩器，用于從所述倍頻參考光脈沖分出兩個倍頻光脈 沖，以獲得雙脈沖形式的所述倍頻參考光脈沖，所述兩個倍頻光脈沖之間具有第一延時并 且沿所述參考光路共線傳輸； 設置在所述參考光路中的光脈沖轉換器，所述光脈沖轉換器包括高反射鏡和部分反射 鏡，所述高反射鏡和所述部分反射鏡分別為平面鏡的形狀且相互面對地平行設置；用于將 所述雙脈沖形式的所述倍頻參考光脈沖轉換為在時間上相互延遲的、空間上相互分離的、 且基本平行傳播的一系列的子脈沖，每個所述子脈沖均為雙脈沖形式； 設置在所述探測光路中的非線性光纖或光子晶體展寬器，用于將所述基頻探測光脈沖 各頻率分量進行平移，從而在時域上進行展寬； 設置在所述探測光路中的色散器，用于將經展寬的所述基頻探測光脈沖進行色散，以 將所述基頻探測光脈沖中的各頻率分量在空間上進行分離； 雙光子吸收面探測器，用于接收來自所述色散器的所述基頻探測光脈沖和來自所述光 脈沖轉換器的所述倍頻參考光脈沖，并產生所述基頻探測光脈沖和所述倍頻參考光脈沖的 三階互相關脈沖信號。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括： 光纖比例分光鏡，用于從所述待測激光脈沖分出第一部分和第二部分；其中，所述第一 部分進入到所述探測光路中，所述第二部分進入到所述參考光路中。
3. 根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，還包括用于對所述待測激光脈沖進行所 述倍頻處理的倍頻晶體。
4. 根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述待測激光脈沖經所述倍頻晶體進行 所述倍頻處理后入射到所述光纖比例分光鏡；其中，所述待測激光脈沖的所述第一部分中 包含有所述基頻探測光脈沖，所述待測激光脈沖的所述第二部分中包含有所述倍頻參考光 脈沖；或者 所述倍頻晶體位于所述參考光路中，用于對所述待測激光脈沖的所述第二部分進行所 述倍頻處理，以獲得所述倍頻參考光脈沖；其中，所述待測激光脈沖的所述第一部分包含有 所述基頻探測光脈沖。
5. 根據權利要求3或4所述的裝置，其特征在于，還包括第一空間濾波器，所述第一空 間濾波器包括第一望遠鏡系統(tǒng)； 其中，所述倍頻晶體位于所述第一望遠鏡系統(tǒng)的焦點處。
6. 根據權利要求1-5中任一項所述的裝置，其特征在于，所述雙光子吸收面探測器設 置成平行于所述光脈沖轉換器的所述高反射鏡和所述部分反射鏡。
7. 根據權利要求1-6中任一項所述的裝置，其特征在于，還包括： 平行光發(fā)生器，用于將經色散的所述基頻探測光脈沖轉換為擴大口徑的平行光后入射 到所述雙光子吸收面探測器。
8. 根據權利要求1-7中任一項所述的裝置，其特征在于，還包括光程調節(jié)器，用于調節(jié) 所述基頻探測光脈沖在所述探測光路上的光程與所述倍頻參考光脈沖在所述參考光路上 的光程的差異；可選地，所述光程調節(jié)器設置在所述參考光路上，用于增大或減小所述倍頻 參考光脈沖在所述參考光路上的光程。
9. 根據權利要求1-8中任一項所述的裝置，其特征在于，還包括： 設置在所述參考光路中的衰減器，所述衰減器用于在所述倍頻參考光脈沖入射到所述 雙光子吸收面探測器之前對所述一系列子脈沖選擇性地分別進行不同程度的衰減。
10. 根據權利要求1-9中任一項所述的裝置，其特征在于，還包括： 空間成像光譜儀，用于獲取與所述三階互相關脈沖信號對應的干涉條紋圖像；和 運算器，用于根據所述干涉條紋圖像通過三階相關反演運算來獲得所述待測激光脈沖 的參數；可選地，所述參數包括時間波形和/或信噪比。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于光纖傳輸架構的單發(fā)激光脈沖檢測裝置，包括：探測光路，傳輸基頻探測光脈沖；參考光路，傳輸倍頻參考光脈沖；光纖回蕩器，獲得具有第一延時并且沿參考光路共線傳輸的雙脈沖；光脈沖轉換器，將雙脈沖轉換為一系列的雙脈沖形式的子脈沖；非線性光纖或光子晶體展寬器，將所述基頻探測光脈沖在時域上進行展寬；色散器，將基頻探測光脈沖中的各頻率分量在空間上進行分離；雙光子吸收面探測器，使來自色散器的基頻探測光脈沖和子脈沖產生三階互相關脈沖信號。本發(fā)明能夠精確測量飛秒拍瓦激光脈沖波形，解決了大動態(tài)范圍超快超強脈沖的診斷困難的問題。本發(fā)明基于光纖傳輸架構，使光路能保持穩(wěn)定、可靠的傳輸，減少能量損失。
【IPC分類】G01J11-00
【公開號】CN104697648
【申請?zhí)枴緾N201510093018
【發(fā)明人】李銘, 魏志義, 王兆華, 沈忠偉, 范海濤
【申請人】中國科學院物理研究所
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月2日