基于双周期性极化晶体的飞秒脉冲功率放大方法及装置属于激光探测领域，该方法依据远端发射过来的功率极弱的飞秒脉冲序列，由本地飞秒激光器向回发射新的脉冲序列，并利用周期性极化晶体的非线性效应和双折射效应产生反馈信号，对本地飞秒激光器的脉冲重复频率进行反馈控制，使得输出信号的脉冲与原信号实时重叠并锁定；该装置包括本地飞秒激光器、平衡光电探测单元、控制单元和分光光路；本发明专利技术在实现了飞秒激光功率放大的同时，以阿秒量级的阿伦方差保留了原信号的脉冲时域信息。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光探测领域，主要设及一种在超远距离精密测量中对飞秒激光功率 进行放大的方法及装置。
技术介绍
超远距离精密激光测量是大型科学装置和空间飞行任务所必备的关键技术，随着 科学技术的迅猛发展，其测程和精度的需求也在日益提高。例如，近年来引力波探测等大型 科学装置的建造是世界各国的研究热点，引力波的探测是对广义相对论预言的直接验证， 也是对其核屯、思想的直接检验，并且对探讨引力场的量子化和大统一模型、研究宇宙起源 和演化具有重大意义。引力波的探测也直接促成了引力波天文学的诞生，使得用引力波代 替传统的电磁波手段观测宇宙成为可能，运可W为我们提供大量过去无法获得的信息，为 人们进一步加深对宇宙的理解提供了新的途径。美国的LIG0、德国的GE0600、意大利的 VIRGO和日本的TAMA300等地面引力波探测器，测程可达几十公里；美国的LISA、欧洲的NG0 等空间引力波探测器，测程可达数百万公里；而中国和欧洲合作的ASTR0D等深空引力波探 测器测程将达到上亿公里。此外，在分布式小卫星合成孔径雷达等空间编队飞行任务中，各 颗小卫星相互协同工作，共同承担信号处理、通信和有效载荷等任务，可较低的成本、 较高的可靠性和生存能力替代单颗相同功能的传统大卫星，并突破传统大卫星的尺寸限 审IJ，扩展大卫星的应用领域和性能，包括对地观测、立体成像、精确定位、大气探测、天文观 测和地球物理观测等，具有巨大的军用价值和民用价值。但是，上述任务需要对卫星间基线 进行高精度测量，其精度要求达到亚毫米甚至更高量级，而测程要求则达到上百公里甚至 更局。 在上述超远距离精密激光测量任务中，由于测程遥远，W目前的光束整形技术，即 使出射光的光束发散角仅为几个微弧度，在到达遥远的目标端时，光斑也将扩散得极其明 显;再加上光路中不可避免的光学损耗，测距系统最终探测到的回光信号仅为出射信号中 很小的一部分。例如，LISA中的系统回光能量仅为出射光能量的1/1010。回光功率过小将会 导致测距系统的信噪比大幅度降低，进而使得测距精度大幅度下降，最终无法满足测量需 求。因此，需要在被测端对探测到的微弱光进行功率放大。 另一方面，随着近年来飞秒激光技术的发展，飞秒脉冲测量方法逐渐进入了人们 的视野。其主要优势在于脉冲能量非常集中，可W在瞬间达到极高的峰值功率。相比于干设 测量和双向干设测量等连续波测量方法，在相同的激光器平均功率下，系统回光功率可W 提高多个甚至十余个量级，因而更适合于超远距离测量。在飞秒激光测量的基础上进行光 功率放大，将可W最大幅度地扩展目前激光测量系统的测程。 在通信领域，如中国专利公布号CN101997612A，公布日2011年3月30日，专利技术《光放 大装置及光中继器》，公布了一种基于渗巧光纤和累浦激光器的光放大装置及光中继器，通 过有源的方式提升了光信号的增益;又如中国专利公布号CN102244544A，公布日2011年11 月16日，专利技术《长距光放大装置、P0N和光信号传输方法》，公布了一种基于无源光纤网络的 光放大装置，通过上下行光信号分路的方式实现了光网络的长距离传输。上述方法适用于 光纤通信领域，但都无法实现对光信号的精密测量，也保证不了功率放大后脉冲的时域信 息不丢失。 在信号探测领域，如中国专利公布号CN103475318A，公布日2013年12月25日，专利技术 《一种用于测光系统中的光电信号放大电路》，公布了一种用于测光系统中的光电信号放大 电路，通过电学方法实现了光信号的放大，但该方法在激光测量领域中应用时噪声较大，且 难W实现对飞秒脉冲的放大；又如中国专利公布号CN103324003A，公布日2013年9月25日， 专利技术《弱光信号的非线性光学放大及其信噪比增强的方法及装置》，公布了一种基于部分相 干光累浦的弱光信号非线性光学放大方法及装置，但该方法需要引入另一束累浦光与被测 信号进行禪合，且不能在放大脉冲功率的同时保留原脉冲信号的时域信息。 在激光测量领域，如2001年，Surveys in Geophysics第22卷第5期发表文章 《Unified approach to photon-counting microlaser rangers , transponders , and altimeters》;又如2010年，光电工程第37卷第5期发表文章《异步应答激光测距技术》，均在 被测端采用异步应答器对测距系统的脉冲功率进行放大，使得系统回光功率由被测距离的 四次方衰减函数变为了平方衰减函数，大幅度扩展了系统测程。但是，该方法放大后的脉冲 序列与原脉冲序列相比存在时域延迟及时钟不同步的问题，不能在放大脉冲功率的同时保 留原脉冲信号的时域信息，只能通过其它手段进行补偿，导致测距精度难W突破毫米量级。 [000引在飞秒激光测距领域，如2010年，Na化re Photonics第4卷第10期发表文章《111116-of-flight measurement with femtosecond li曲t pulses》；又如2012年，物理学报第61 卷第24期发表文章《基于飞秒激光平衡光学互相关的任意长绝对距离测量》，均提出一种针 对飞秒脉冲的平衡光学互相关方法，通过测量脉冲和参考脉冲之间的时域锁定，实现了较 高的测距精度。但是，该方法目前只在测距装置中得W应用，并不能用来放大光功率。 综上所述，目前在激光探测领域中缺少一种在超远距离精密测量中对飞秒激光功 率进行放大并W较高精度保留脉冲时域信息的方法及装置。
技术实现思路
本专利技术针对上述光功率放大方法及装置不能放大飞秒激光功率W及光功率放大 后脉冲时域信息丢失等问题，提出并设计了一种基于双周期性极化晶体的飞秒脉冲功率放 大方法及装置。利用周期性极化晶体的非线性效应和双折射效应产生反馈信号，对本地飞 秒激光器的脉冲重复频率进行反馈控制，在放大了光功率的同时W阿秒量级的阿伦方差保 留了原信号的脉冲时域信息。 本专利技术的目的通过W下技术方案实现： -种基于双周期性极化晶体的飞秒脉冲功率放大方法，该方法步骤如下： a、从远端发射过来的飞秒激光脉冲序列功率较弱，作为输入信号;本地飞秒激光 器发出的飞秒激光脉冲序列进入分光光路后分为两束，其中一束功率较强作为输出信号， 另一束功率较弱作为参考信号； b、步骤a中的参考信号与输入信号汇合后进入平衡光电探测单元，先后通过两个 周期性极化晶体，并相应产生两个波长减半的二次谐波信号，进而利用双色镜实现原信号 与二次谐波的分离;两个二次谐波信号分别由两个光电探测器探测后转化为电信号相减； c、步骤b中减法器的输出信号作为反馈信号，经过整形电路的滤波、放大和整形 后，进入控制电路对本地飞秒激光器的脉冲重复频率进行反馈控制，使参考信号和输入信 号的脉冲在时域上实时重叠并锁定。 -种基于双周期性极化晶体的飞秒脉冲功率放大装置，由本地飞秒激光器、平衡 光电探测单元、控制单元和分光光路组成;远端和本地飞秒激光器发射的激光分别射入分 光光路的两个输入端；分光光路的两个输出端分别指向远端和平衡光电探测单元的输入 端;平衡光电探测单元的输出端连接到控制单元的输入端;控制单元的输出端连接到本地 飞秒激光器。 所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于双周期性极化晶体的飞秒脉冲功率放大方法，其特征在于：该方法步骤如下：a、从远端发射过来的飞秒激光脉冲序列功率较弱，作为输入信号；本地飞秒激光器(3)发出的飞秒激光脉冲序列进入分光光路(4)后分为两束，其中一束功率较强作为输出信号，另一束功率较弱作为参考信号；b、步骤a中的参考信号与输入信号汇合后进入平衡光电探测单元(1)，先后通过两个周期性极化晶体(10、14)，并相应产生两个波长减半的二次谐波信号，进而利用双色镜(12、16)实现原信号与二次谐波的分离；两个二次谐波信号分别由两个光电探测器(21、17)探测后转化为电信号相减；c、步骤b中减法器(19)的输出信号作为反馈信号，经过整形电路(18)的滤波、放大和整形后，进入控制电路(20)对本地飞秒激光器(3)的脉冲重复频率进行反馈控制，使参考信号和输入信号的脉冲在时域上实时重叠并锁定。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭佳豪，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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