单次超快脉冲时间波形和信噪比的测量装置制造方法及图纸

一种单次超快脉冲时间波形和信噪比的测量装置，其特点在于：包括同步触发器、超短脉冲信号发生器、耦合柱透镜、飞秒激光器、锯齿形通光孔金属薄板、非球面透镜、光偏转波导芯片、第一非球面柱透镜、第二非球面柱透镜、滤色片、衰减片、光纤阵列、光纤束、光纤合束器、光纤、光电转换器和示波器。本发明专利技术具有结构简单，操作方便的特点，可快速测出超高动态范围的单次超快光脉冲的时间波形和信噪比。能快速测量的超快脉冲的时间跨度达到百皮秒量级，其时间分辨率达到十飞秒量级，测量的动态范围与信噪比能达到105:1。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种单次超快脉冲时间波形和信噪比的测量装置，其特点在于：包括同步触发器、超短脉冲信号发生器、耦合柱透镜、飞秒激光器、锯齿形通光孔金属薄板、非球面透镜、光偏转波导芯片、第一非球面柱透镜、第二非球面柱透镜、滤色片、衰减片、光纤阵列、光纤束、光纤合束器、光纤、光电转换器和示波器。本专利技术具有结构简单，操作方便的特点，可快速测出超高动态范围的单次超快光脉冲的时间波形和信噪比。能快速测量的超快脉冲的时间跨度达到百皮秒量级，其时间分辨率达到十飞秒量级，测量的动态范围与信噪比能达到105:1。【专利说明】单次超快脉冲时间波形和信噪比的测量装置
本专利技术涉及超快脉冲测量，特别是一种单次超快脉冲时间波形和信噪比的测量装置。
技术介绍
超快现象，其持续时间小于I μ S，广泛存在于自然界和相关的科学与工程技术研究中，例如植物的光合作用过程，光材料中的光激发态弛豫过程，生物材料的荧光发射，强光与物质相互作用物理过程，化学反应的分子动力学过程和受控核聚变中超高功率激光脉冲的产生等时间尺度多在皮秒至飞秒量级，甚至于阿秒量级范围内(参见Scrinzi A, Ivanov MY，Kienberger R，et al.Attosecond physics.J.Phys.B:At.Mol.0pt.Phys.，2006, 39:R1-R37)。而超短脉冲是超快现象中常见的一种现象，因此超短光脉冲的测量对材料、生物、光物理、光化学和大功率激光器等科学与工程研究具有巨大的推动作用和重要的现实意义。 在超短超快脉冲的测量中，表征时间波形的物理量有时间分辨率、可测量时间跨度，动态范围和信噪比，其中动态范围和信噪比在科学与工程技术研究中是十分重要的参数。动态范围和信噪比是相互统一的，只是所表示的侧重点有所不同。高动态范围是实现高信噪比测量的前提。动态范围是指装置可测量到的脉冲信号强度的最大值和最小值之比，而信噪比是描述脉冲本身信号质量高低的物理量，它是指脉冲最大强度与噪声强度之比。例如在高能激光系统中，由于反射、散射、自发发射放大或是不完善的时域压缩都可能产生相当可观的脉冲旁瓣，这时脉冲的信噪比主要是指脉冲峰值光强与本底噪声或旁瓣之间的比值,它已经成为高功率激光系统的最主要的参数之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单次超快脉冲时间波形和信噪比的测量装置，该装置极大地提高了测量单次超快光脉冲时间波形时可测量的动态范围及信噪比的可测量范围。 本专利技术技术方案如下: 一种单次超快脉冲时间波形和信噪比的测量装置，其特点在于:包括同步触发器、超短脉冲信号发生器、耦合柱透镜、飞秒激光器、锯齿形通光孔金属薄板、非球面透镜、光偏转波导芯片、两面聚焦方向相互垂直的第一非球面柱透镜、第二非球面柱透镜、滤色片、衰减片、光纤阵列、光纤束、光纤合束器、光纤、光电转换器和示波器，整套装置置于洁净空气或真空环境中，上述元器件的位置关系如下: 依次的所述的超短脉冲信号光发生器、耦合柱透镜、光偏转波导芯片的中心、第一非球面柱透镜、第二非球面柱透镜、滤色片、衰减片和光纤阵列共处于第一光轴；依次的所述的飞秒激光器、锯齿形通光孔金属薄板、非球面透镜和光偏转波导芯片处于第二光轴，第二光轴与所述的第一光轴垂直，所述的同步触发器的输出端分别与所述的超短脉冲信号光发生器的触发端和所述的飞秒激光器的触发端相连，所述的光纤阵列的光纤束的另一端与所述的光纤合束器的输入端相连，该光纤合束器的输出端经所述的光纤、光电转换器与所述的示波器的输入端相连。 所述的锯齿形通光孔金属薄板的锯齿顶角为5°?15°，锯齿数目为50?500个。 所述的光偏转波导芯片由单层光折变材料构成，厚度为Iym到数百ym,所述的光折变材料为掺铁铌酸锂晶体或者GaAs半导体材料。 所述的光纤阵列由多根长度依次递增的光纤束线性排列而成，相邻光纤的长度差值大于光电转换器的光电转换时间和大于示波器的时间分辨率。 耦合柱透镜由一面非球面柱透镜组成，用来把待测的信号光全部耦合进入光偏转波导芯片中。 所述的飞秒激光器是一个高功率飞秒脉冲激光光源，其产生的平顶的泵浦光穿过具有锯齿形通光孔的金属板，经过非球面透镜聚焦成像，照射在波导芯片上形成缩小的锯齿形光束。 所述的同步触发器是一套高精度的延时同步触发器，能调节超短脉冲信号发生器产生的信号光和飞秒激光器产生的泵浦光之间的延时和同步，使得信号光刚好完全进入光偏转波导芯片时，泵浦光穿过有锯齿形通光孔的金属薄板，经过非球面透镜聚焦成像，形成缩小的锯齿形光束照射在光偏转波导芯片上，由于光折变效应瞬时产生锯齿形的棱镜阵列，保证此时信号光与锯齿形棱镜阵列完全重合。 光偏转波导芯片是一层具有很强的光折变效应的波导芯片(掺铁铌酸锂或砷化镓)，其尺寸为IcmX lcm(尺寸可根据实际所需要满足的可测量时间跨度的需求而改变)，锯齿形光束照射在芯片上的功率密度在达到lGW/cm2以上时，由于光折变效应致使波导芯片发生折射率改变，折射率变化Λη > 0.01，这样就形成了锯齿形的棱镜阵列。 所述的两面聚焦方向相互垂直的第一非球面柱透镜、第二非球面柱透镜的作用是将从光偏转波导芯片偏转出射的光束聚焦在光纤阵列上。 所述的滤色片用于滤除信号光波长以外的杂散光和日光。所述的衰减片用于衰减过于强烈的信号光，所述的光纤阵列用于读取成像信号，光纤束用于传导信号光至光纤合束器，光纤合束器用于将每根光纤中的信号光耦合至一根光纤中，光电转换器用于将信号光转化为串行的电信号，由于光纤阵列按位置排列，光纤束中每根光纤的长度按照排列的位置依次递增，每根光纤中信号光的光程不同，到达光电转化器的时间有先后，并且相邻光纤中其先后的时间差大于光电转换的时间且大于示波器的时间分辨率，这样就将并行的信号光转化为串行的光信号，再转化为串行的电信号，同时光电转换器也可调节光电转换系数，即调节光转换出的电信号的电压的高低，所述的示波器读取并测量转化出的电信号的强度和显示出时间波形，由波形可计算出待测脉冲的信噪比，调节光电转换器的光电转换系数和示波器相互匹配可测量具有超高信噪比的信号光脉冲。 本专利技术的技术效果如下: 本专利技术单次超快脉冲时间波形和信噪比的测量装置，利用将难以测量的时间波形转化为很容易测量的空间波形的优势，极大地提高了可测量的时间分辨率，同时又结合了基于光纤阵列将并行的信号光转化为串行的电信号的优势，使得本装置在保证信号光与泵浦激光精确同步的条件下(同步精度在I飞秒以下时)，能快速实现单次超快脉冲的十飞秒量级的高时间分辨率，百皮秒量级的高动态范围以及15:1高信噪比的时间波形的快速测量。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术的单次超快脉冲时间波形和信噪比的测量装置结构简图 图2为飞秒激光器、锯齿形通光孔金属薄板、非球面透镜及光偏转波导芯片的详细结构示意图: 【具体实施方式】 下面结合附图和实施过程对本专利技术装置进行进一步的详细说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。 先请参阅图1，图1为本专利技术的单次超快脉冲时间波形和信噪比的测量装置结构简图，由图可见，本专利技术单次超快脉冲时间波形和信噪比的测量装置，包括同步触发器1、超短脉冲信号发生器2、耦合柱透镜4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单次超快脉冲时间波形和信噪比的测量装置，其特征在于：包括同步触发器(1)、超短脉冲信号发生器(2)、耦合柱透镜(4)、飞秒激光器(7)、锯齿形通光孔金属薄板(8)、非球面透镜(9)、光偏转波导芯片(5)、两面聚焦方向相互垂直的第一非球面柱透镜(10)、第二非球面柱透镜(11)、滤色片(12)、衰减片(13)、光纤阵列(15)、光纤束(16)、光纤合束器(17)、光纤(18)、光电转换器(19)、示波器(20)，整套装置置于洁净空气或真空环境中，上述元器件的位置关系如下：依次的所述的超短脉冲信号光发生器(2)、耦合柱透镜(4)、光偏转波导芯片(5)的中心、两面聚焦方向相互垂直的第一非球面柱透镜(10)、第二非球面柱透镜(11)、滤色片(12)、衰减片(13)和光纤阵列(15)共处于第一光轴；依次的所述的飞秒激光器(7)、锯齿形通光孔金属薄板(8)、非球面透镜(9)和光偏转波导芯片(5)处于第二光轴，第二光轴与所述的第一光轴垂直，所述的同步触发器(1)的输出端分别与所述的超短脉冲信号光发生器(2)的触发端和所述的飞秒激光器(7)的触发端相连，所述的光纤阵列(15)的光纤束(16)的另一端与所述的光纤合束器(17)的输入端相连，该光纤合束器(17)的输出端经所述的光纤(18)、光电转换器(19)与所述的示波器(20)的输入端相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：牛振国，范薇，黄大杰，潘雪，李国扬，汪小超，乔治，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31