一种脉冲激光光谱时间分辨测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种脉冲激光光谱时间分辨测量系统，测量系统包括同步控制器、色散分光光路、光纤阵列接收器、光电阵列接收转换模块及多通道数据采集模块；同步控制器与脉冲激光光源和多通道数据采集模块连接；色散分光光路输出多个波长的激光脉冲信号，多个波长的激光脉冲信号经一一对应的多个等长度的光纤传输至光电阵列接收转换模块，每一个光电探测单元将对应的接收端输出的激光脉冲信号进行光电转换形成多个电学脉冲信号；多个电学脉冲信号经多通道数据采集模块采集并进行A/D转换及存储。本实用新型专利技术解决了传统光谱仪器无法测量得到光谱时间信息的问题，可以为光谱辐射特性分析以及激光辐射动力学过程分析提供帮助。

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲激光光谱时间分辨测量系统
本技术涉及激光光谱测量领域，具体涉及一种脉冲激光光谱时间分辨测量系统。
技术介绍
普通光谱仪光谱响应波段为可见光到近红外，可以测量得到激光光谱分布。在某些特殊的应用场合中，还需要对光谱进行时间分辨测量，用于分析激光动力学过程，普通光谱仪无法满足测量需求，因此需要搭建测量系统，完成激光光谱的时间分辨测量。
技术实现思路
为了解决现有普通光谱仪无法对光谱进行时间分辨测量的技术问题，本技术提供一种脉冲激光光谱时间分辨测量系统。本技术的技术解决方案如下：本技术的脉冲激光光谱时间分辨测量系统，其特殊之处在于：包括同步控制器10、色散分光光路、光纤阵列接收器4、光电阵列接收转换模块6、多个等长度的传输电缆7及多通道数据采集模块8；所述光纤阵列接收器4包括多个等长度的光纤5；所述光电阵列接收转换模块6包括与多个等长度的光纤5一一对应的多个光电探测单元；所述同步控制器10与脉冲激光光源1和多通道数据采集模块8连接；所述色散分光光路设置在脉冲激光光源1的出射光路上，输出多个波长的激光脉冲信号；多个波长的激光脉冲信号经一一对应的多个等长度的光纤5传输至一一对应的多个光电探测单元，多个光电探测单元将输入的激光脉冲信号进行光电转换形成多个电学脉冲信号；多个电学脉冲信号经一一对应的多个等长度的传输电缆7传入多通道数据采集模块8采集，多通道数据采集模块8对多个电学脉冲信号进行A/D转换并存储。进一步地，本技术的脉冲激光光谱时间分辨测量系统还包括与多通道数据采集模块8连接的PC机9。PC机9用于完成多通道数据采集模块8上传信号的数据存储和显示。进一步地，本技术的脉冲激光光谱时间分辨测量系统还包括聚焦透镜2，所述聚焦透镜2设置在脉冲激光光源1出口与色散分光光路入口之间，将脉冲激光光源1的光收集进入色散分光光路。进一步地，为了光线收集能力，本技术的所述光纤阵列接收器4还包括固定夹具43及与多个等长度的光纤5一一对应的收集透镜41，收集透镜41设置在对应的光纤5与光谱标尺35之间，光纤5的光纤端面42处于收集透镜41焦点处，多个等长度的光纤5及收集透镜41均依靠固定夹具43安装定位。进一步地，所述色散分光光路包括依次设置在聚焦透镜2出射光路上的入射狭缝31、反射镜Ⅰ32、光栅33、反射镜Ⅱ34及光谱标尺35。进一步地，所述聚焦透镜2材料为CaF2，为凸透镜，透镜焦距为1m。进一步地，所述色散分光光路的分光能力为1nm/mm。同时，本技术还提供了一种脉冲激光光谱时间分辨测量方法，其特殊之处在于：1)同步控制器10产生两路控制信号，一路read信号用于控制多通道数据采集模块8，另一路Trg信号用于控制脉冲激光光源1出光，两路控制信号时间差为△t，△t>0；2)脉冲激光光源1的出射光进入色散分光光路进行分光，产生多个波长的激光脉冲信号；3)多个波长的激光脉冲信号由一一对应的多个等长度的光纤5传导进入光电阵列接收转换模块6；4)光电阵列接收转换模块6对多个波长的激光脉冲信号进行光电转换，形成多个电学脉冲信号；5)多个电学脉冲信号经一一对应的多个等长度的传输电缆7传输进入多路数据采集模块，多路数据采集模块对多个电学脉冲信号进行A/D转换对应产生多个通道的电学数字信号，记录并存储多个通道的电学数字信号的时间和幅度信息；6)对同一通道的电学数字信号的时间信息进行分析，得到与该通道对应的波长的激光脉冲的形成时间和维持时间；对不同通道的电学数字信号的时间信息进行比较，得到不同波长激光脉冲的时间分辨。进一步地，为确保记录的各通道信号的完整性，步骤5)中多通道数据采集模块8采集时长为tread，tread＝△t+2×tpulse，其中tpulse为激光脉冲宽度。进一步地，步骤5)中分通道采集的采集速率依据多个波长的激光脉冲信号中最短激光脉冲宽度而定。本技术与现有技术相比，有益效果是：1、本技术通过对脉冲激光进行色散分光，传输、光电转换、A/D转换、存储及分析，可以对脉冲激光光谱时间分辨测量，可以给出激光光谱中不同波长谱线的时间差异。2、利用本技术对激光光谱的时间分辨测量，可以分析不同激光波长的出射时间以及该波长辐射维持时间，进而分析研究激光动力学过程相关信息。附图说明图1为本技术测量系统原理示意图；图2为本技术实施例中红外脉冲HF激光器辐射光谱时间分辨测量装置示意图；图3为光谱标尺与光纤阵列接收器的配合结构图；图4为本技术实施例激光触发信号Trg、多通道数据采集模块控制信号read及多个波长激光脉冲信号的时序图；其中，附图标记为：1-脉冲激光光源；2-聚焦透镜；3-壳体；31-入射狭缝、32-反射镜Ⅰ；34-反射镜Ⅱ；33-光栅、35-光谱标尺、4-光纤阵列接收器、41-收集透镜、42-光纤端面、43-固定夹具、5-光纤、6-光电阵列接收转换模块、7-传输电缆、8-多通道数据采集模块、9-PC机、10-同步控制器。具体实施方式以下结合附图对本技术的一个优选实施例进行详细说明。在本实施例中，脉冲激光光源1为具有多波长输出特征的中红外脉冲HF激光器。如图1-2所示，本技术的脉冲激光光谱时间分辨测量系统，包括聚焦透镜2、色散分光光路、光纤阵列接收器4、光电阵列接收转换模块6、多根传输电缆7、多通道数据采集模块8、PC机9及同步控制器10。中红外脉冲激HF光器工作于外触发模式，激光器具备外触发控制功能。聚焦透镜2设置在中红外脉冲激光光源出口与色散分光光路入口之间，将中红外脉冲激光光源的光收集进入色散分光光路。色散分光光路具有色散功能，并且在光路末端标定出波长位置，色散分光光路位于壳体3内。色散分光光路包括依次设置在聚焦透镜2出射光路上的入射狭缝31、反射镜Ⅰ32、光栅33、反射镜Ⅱ34及用于标定出光谱谱线位置的光谱标尺35。如图3所示，本技术的光纤阵列接收器4包括固定夹具43、多个等长度的光纤5及与多个等长度的光纤5一一对应的收集透镜41，收集透镜41设置在对应的光纤5与光谱标尺35之间，用于收集特定波长λi(i＝1～n)的光信号；光纤5的光纤端面42处于收集透镜41焦点处，将汇聚光用光纤传输。多个等长度的光纤5及收集透镜41均依靠固定夹具43安装定位，并装配在与光谱标尺λi(i＝1～n)对应的特定位置，激光信号由光纤5进行收集并进行传导。光电阵列接收转换模块6内有多个光电探测单元，多个探测单元线性排列，数目与HF激光波长数据对应，每一个光电探测单元具有较快的时间响应，完成对每一路100ns脉冲激光脉冲信号的光电转换。多通道数据采集模块8具备外触发功能和多个数据采集通道，每个采集通道与光纤阵列接收器4中的一个光电探测单元相对应，数据采集模块具备高速数据采集功能，采集速率依据最短激光脉冲宽度而定并与之相匹配，可以完成对信号的A/D转换功能并上传至PC机9。在实施例中，多通道数据采集模块8的采集速率不小于100MHz，能够对100ns激光脉冲信号的无失真采集。多通道数据采集模块8具备外触发功能。PC机9完成对多通道数据采集模块8上传信号的数据存储和显示。聚焦透镜2材料为CaF2，为凸透镜，透镜焦距为1m；同步控制器10具备两路TTL信号输出，并可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脉冲激光光谱时间分辨测量系统，其特征在于：包括同步控制器(10)、色散分光光路、光纤阵列接收器(4)、光电阵列接收转换模块(6)、多个等长度的传输电缆(7)及多通道数据采集模块(8)；所述光纤阵列接收器(4)包括多个等长度的光纤(5)；所述光电阵列接收转换模块(6)包括与多个等长度的光纤(5)一一对应的多个光电探测单元；所述同步控制器(10)与脉冲激光光源(1)和多通道数据采集模块(8)连接；所述色散分光光路设置在脉冲激光光源(1)的出射光路上，输出多个波长的激光脉冲信号；多个波长的激光脉冲信号经一一对应的多个等长度的光纤(5)传输至一一对应的多个光电探测单元，多个光电探测单元将输入的激光脉冲信号进行光电转换形成多个电学脉冲信号；多个电学脉冲信号经一一对应的多个等长度的传输电缆(7)传入多通道数据采集模块(8)采集，多通道数据采集模块(8)对多个电学脉冲信号进行A/D转换并存储。

【技术特征摘要】
1.一种脉冲激光光谱时间分辨测量系统，其特征在于：包括同步控制器(10)、色散分光光路、光纤阵列接收器(4)、光电阵列接收转换模块(6)、多个等长度的传输电缆(7)及多通道数据采集模块(8)；所述光纤阵列接收器(4)包括多个等长度的光纤(5)；所述光电阵列接收转换模块(6)包括与多个等长度的光纤(5)一一对应的多个光电探测单元；所述同步控制器(10)与脉冲激光光源(1)和多通道数据采集模块(8)连接；所述色散分光光路设置在脉冲激光光源(1)的出射光路上，输出多个波长的激光脉冲信号；多个波长的激光脉冲信号经一一对应的多个等长度的光纤(5)传输至一一对应的多个光电探测单元，多个光电探测单元将输入的激光脉冲信号进行光电转换形成多个电学脉冲信号；多个电学脉冲信号经一一对应的多个等长度的传输电缆(7)传入多通道数据采集模块(8)采集，多通道数据采集模块(8)对多个电学脉冲信号进行A/D转换并存储。2.根据权利要求1所述的脉冲激光光谱时间分辨测量系统，其特征在于：还包括与多通道数据采...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱峰，黄珂，易爱平，黄超，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：新型
国别省市：陕西,61