时空分辨的远场脉冲信噪比测量方法和装置制造方法及图纸

一种时空分辨的远场脉冲信噪比测量方法及装置，该装置包括平凸柱透镜、相关晶体、平凸圆透镜和信号接收系统，该信号接收系统依次包括光纤阵列、光电倍增管和数字示波器，该方法为：聚焦系统将待测光一维(x维度)聚焦至非线性晶体前表面；远场待测光束与取样光束在非线性晶体的两个横向空间维度(x-y)分别进行空间域和时间域的互相关作用；时空互相关产生沿空间分布的二维相关信号；成像系统将相关信号两维成像至接收系统探测面；信号接收系统高动态地测量相关信号x和y维度的强度分布。本发明专利技术可以测量具有时空耦合特性的噪声并能够甄别噪声的具体来源，适用于测量和研究高峰值功率激光的远场脉冲信噪比。

【技术实现步骤摘要】
时空分辨的远场脉冲信噪比测量方法和装置
本专利技术属于激光
，涉及一种时空分辨的远场脉冲信噪比的测量方法和装置以及时空噪声来源的在线甄别方法。
技术介绍
脉冲信噪比(或对比度)是超高峰值功率激光的一个重要技术参数，定义为脉冲峰值强度与其本底噪声强度的比值。如果激光脉冲的信噪比不高，那么强的光噪声会干扰主脉冲与物理靶的相互作用。因此控制和测量脉冲信噪比有利于顺利实施激光-物质相互作用实验。脉冲信噪比的测量主要依赖光学互相关技术，它要求有一束比待测光信噪比更高的取样光，与待测光在非线性晶体中发生互相关作用，通过探测产生的相关信号强度与两作用光之间时间延时的变化关系，得到待测脉冲的信噪比。扫描式三阶互相关器已经商品化(Sequoia,AmplitudeTechnologies,France)，它采用倍频装置产生取样脉冲，然后与待测脉冲在晶体中进行和频作用，产生三倍频信号，被光电倍增管接收。为了测量低重复率的脉冲信噪比，单次互相关器也被开发出来，主要采用待测光与取样光的非共线作用将待测光的时间强度信息转换成相关信号的空间强度信息。现有的扫描或单次的互相关技术都仅作用在时域，并且绝大多数发生在光束的近场。然而目前物理实验均是在光束焦点处(即远场)进行。最新的研究表明某些激光噪声在光束远场会出现时空耦合的特性，使得远场脉冲信噪比本质上是空间依赖的，这要求脉冲信噪比的测量必须同时在时间域和空间域进行，而且要在光束远场进行测量。现有的时域互相关技术无法实现这种测量能力。
技术实现思路
本专利技术针对上述需求，提出一种时空分辨的远场脉冲信噪比测量方法和装置。具体途径是将互相关从时域扩展到时空域，形成时空互相关器。利用时空互相关器，既可以在时空域进行两维测量，同时可以诊断时空噪声的具体来源。本专利技术可以指导高信噪比高强度激光系统的设计，为直接在强场物理实验靶所在位置研究信噪比铺平了道路。本专利技术方法原理如下：聚焦系统将待测光一维(x维度)聚焦至非线性晶体前表面；远场待测光束与取样光束在非线性晶体的两个横向空间维度(x-y)分别进行空间域和时间域的互相关作用；时空互相关过程产生两维分布的相关信号，其在x和y维度的强度分布分别对应待测脉冲空间域和时间域的信噪比信息；成像系统将相关信号二维成像至接收系统探测面；信号接收系统高动态地测量相关信号x和y维度的强度分布，即得到待测脉冲的远场信噪比。本专利技术的技术解决方案如下：一种时空分辨的远场脉冲信噪比测量方法，其特点在于包含以下步骤：1)在空间x维度聚焦待测光，使其焦点落在相关晶体的前表面；2)远场待测光束与取样光束在非线性晶体的两个横向空间维度(x-y)分别进行空间域和时间域的互相关作用，产生两维空间分布的相关信号；3)将所述的二维相关信号成像至接收系统的探测面；4)所述的接收系统高灵敏探测二维相关信号，给出待测脉冲信噪比的时空分布。聚焦发生的x维度是光噪声具有时空耦合特性的维度；如果噪声在两个维度均有时空耦合特性，则x维度指的是其中一个维度，此时要测量噪声沿y维度的远场分布，需要在y维度进行聚焦。所述的取样光束光斑在相关晶体表面的光斑是大光斑，或是聚焦光斑，聚焦方向与待测光束聚焦方向相同。所述的待测光束与所述的取样光束在y维度进行非共线互相关作用，实现单次时间测量；在x维度进行空域互相关作用，根据取样光束是大光斑还是聚焦光斑，可工作在空域单次或扫描模式。所述的探测系统具备较高的两维空间分辨能力，并且具有高的探测灵敏度。实施上述测量方法的远场脉冲信噪比单次测量装置，其构成包含：平凸柱透镜、相关晶体、平凸圆透镜和信号接收系统，该信号接收系统依次包括光纤阵列、光电倍增管和数字示波器，所述的光纤阵列由依次的N根光纤通道、每一根光纤通道所加的衰减器和光纤集束端构成，所述的光纤通道从光纤阵列的一端到光纤集束端的长度依次增大，递增间隔为L米，所述的相关晶体位于所述的平凸柱透镜的焦平面和所述的平凸圆透镜的物平面，所述的光纤阵列位于所述的平凸圆透镜的像平面，所述的N根光纤阵列的线阵列与所述的平凸柱透镜的焦线平行，所述的光电倍增管的输出端与所述的数字示波器的输入端相连。所述的光纤为通信光纤或紫外光纤，所述的光纤阵列固定于可在x维度平移的机构上，所述的光纤通道依次的递增间隔L为1-2米，所述的N的选取范围为50-200。所述的光纤阵列将接收到的y维度的相关信号转换成时间串行的脉冲序列，依次被光电倍增管接收。使用上述装置的时空噪声来源的在线甄别方法，其特点在于光纤阵列处于某个空间位置，监视示波器显示图像，利用一张镜头纸干扰某个光学表面上的光束，此时示波器上显著增强的那个信号峰即是该光学表面不理想引起的。由于该装置在时间域是单次测量，所以在某个空间x位置，示波器上会同时显示一组数据，这使得该装置可在线甄别时空噪声的来源。时空噪声一般来源于激光放大系统所用脉冲展宽器和压缩器中不理想的光学件表面。一般来说，不同的光学元件产生的时空噪声的斜率不同，因此会出现在示波器的不同时刻位置。甄别时，将光纤阵列固定在某个x位置，监视示波器，一般在示波器上会看到几个信号峰；使用一张镜头纸，干扰某个光学表面上的光束(相当于增强该光学件表面的不理想)，此时在示波器上会观察到某个信号峰突然增强，这样可以判定增强的这个噪声峰即是来源于该光学表面。本专利技术可以测量具有时空耦合特性的噪声并能够甄别噪声的具体来源，适用于测量和研究高峰值功率激光的远场脉冲信噪比。本专利技术将在高对比度激光系统的建设和优化过程中发挥不可替代的优势。除此以外，本专利技术还有望应用于光学亚表面损伤探测、超快非线性光学和时空分辨的光谱学等领域。附图说明图1为本专利技术时空分辨的远场脉冲信噪比测量装置的结构示意图。图2为一种实施例的光路框图。图3为实施例所用的脉冲展宽器结构图。图4为实施例所用的脉冲压缩器结构图图5为实施例的测量结果图。图6为实施例噪声来源的甄别结果图。图中标号：1为待测光，2为取样光，3为平凸柱透镜，4为非线性晶体，5为晶体表面的取样光斑，6为晶体表面的待测光斑，7为相关信号，8为平凸圆透镜，9为光纤阵列，10为光纤通道，11为衰减器，12为光纤集束，13为光电倍增管，14为数字示波器，15为钛宝石再生放大器，16为光参量放大装置，17为交叉极化波产生装置，18为脉冲展宽器(详见图3)，19为脉冲压缩器(详见图4)，20为时空分辨的远场脉冲信噪比测量装置(详见图1)，21为展宽器光栅，22为凹面镜，23为凸面镜，24为展宽器竖直屋脊镜，25～28分别为第1～4次通过凹面镜的光束，29为压缩器光栅，30为水平屋脊镜，31为压缩器竖直屋脊镜。具体实施方式下面结合附图和实施例进一步阐述本专利技术。图1是本专利技术时空分辨的远场脉冲信噪比测量装置实施例结构示意图。由图可见，本专利技术远场脉冲信噪比单次测量装置，其特征在于构成包含：平凸柱透镜3、相关晶体4、平凸圆透镜8和信号接收系统，该信号接收系统依次包括光纤阵列9、光电倍增管13和数字示波器14，所述的光纤阵列由依次的N根光纤通道10、每一根光纤通道所加的衰减器11和光纤集束端12构成，所述的光纤通道从光纤阵列9的一端到光纤集束端12的长度依次增大，递增间隔为L米，所述的相关晶体4位于所述的平凸柱透镜3的焦平面和所述的平凸圆透本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种时空分辨的远场脉冲信噪比测量方法，其特征在于包含以下步骤：1)在空间x维度聚焦待测光，使其焦点落在相关晶体的前表面；2)远场待测光束与取样光束在非线性晶体的两个横向空间维度(x‑y)分别进行空间域和时间域的互相关作用，产生两维空间分布的相关信号；3)将所述的二维相关信号成像至接收系统的探测面；4)所述的接收系统高灵敏探测二维相关信号，给出待测脉冲信噪比的时空分布。

【技术特征摘要】
1.一种时空分辨的远场脉冲信噪比测量方法，其特征在于包含以下步骤：1)在空间x维度聚焦远场待测光，使其焦点落在非线性晶体的前表面；2)远场待测光束与取样光束在非线性晶体的两个横向空间维度x-y分别进行空间域和时间域的互相关作用，产生两维空间分布的相关信号；3)将所述的两维空间分布的相关信号成像至接收系统的探测面；4)所述的接收系统高灵敏探测二维相关信号，给出远场待测光束信噪比的时空分布。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于聚焦发生的x维度是光噪声具有时空耦合特性的维度；如果噪声在两个维度均有时空耦合特性，则x维度指的是其中一个维度，此时要测量噪声沿y维度的远场分布，需要在y维度进行聚焦。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的取样光束光斑在相关晶体表面的光斑是大光斑，或是聚焦光斑，聚焦方向与待测光束聚焦方向相同。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的待测光束与所述的取样光束在y维度进行非共线互相关作用，实现单次时间测量；在x维度进行空域互相关作用，根据取样光束是大光斑还是聚焦光斑，工作在空域单次或扫描模式。5.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述的探测系统具备两维空间分辨能力和探测灵敏度。6.一种实施权利要求1所述测量方法的远场脉冲信噪比单次测量装置，其特征在于构成包含：平凸柱透镜(3)、相关晶体(4)、平凸圆透镜(...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱列加，马金贵，袁鹏，王静，王永志，谢国强，范滇元，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31