一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置和测量方法，属于超短脉冲激光测试技术领域。本发明专利技术提出的基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置和方法，其中测量装置成本低、结构简单，调节方便，只需旋转非线性晶体，就可实现对任意偏振态的入射脉冲的时间波形测量；采用双棱镜上下分束，不仅减少了双延迟三阶相关信号的等光程调节环节，还可以适应不同非线性晶体的角度匹配要求，提高了装置的紧凑性，对激光束脉冲时间波形的测量效率高，为激光脉冲测量领域的结构设计提供了技术指导。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置和方法
本专利技术属于超短脉冲激光测试
，具体涉及一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置和测量方法。
技术介绍
激光束的脉冲时间波形是评价高功率超短激光性能的重要指标，目前主要的测量工具有FROG(Frequency-ResolvedOpticalGating，频率分辨光学开关法)、SPIDER(光谱相位干涉电场重构法)等技术或设备，这些恢复脉冲波形的技术都存在相应的缺陷，要么需要采集大量数据并对其进行复杂的迭代算法才能得到结果，要么需要借助其它的测量工具，而与上述技术相比基于双延迟的三次相关法是一种更为可靠的测量技术，恢复脉冲波形只需采用递归算法；中国专利文献库公开了名称为《一种超短激光脉冲波形测量装置》的技术专利(专利号：ZL201620733875.7)和名称为《基于三阶相关法的激光脉冲波形测量装置》的技术专利(专利号：ZL201620734206.1)，两个专利都公开了通过测量双延迟三阶强度相关信号来获得脉冲波形的方法，但这些方法仍存在要求被测激光束具有特定的偏振态、无法适应任意偏振态的脉冲波形测量的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：为了克服现有的测量技术在超短激光脉冲波形测量中要求被测激光束具有特定的偏振态的不足，本专利技术提供一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置和方法，有效适应任意偏振态的脉冲波形测量。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置，所述装置在高功率激光脉冲入射方向上设置有扩束准直镜1、分光镜2；激光脉冲通过扩束准直镜1进行扩束得到扩束光，所述扩束光经分光镜2后分成透射光和反射光；在分光镜2的反射光路上依次设置有反射镜3、双棱镜4、非线性晶体Ⅰ5；分光镜2的反射光经反射镜3反射后投射到双棱镜4，被双棱镜4分成上下两路分光束，并以对称角度入射到非线性晶体Ⅰ5，通过非线性晶体Ⅰ5在所述上下两路分光束的重叠区域内实现倍频转换，产生的二倍频光束沿与非线性晶体Ⅰ5表面相垂直的方向输出；在分光镜2的透射光路上依次设置有延迟调节器6、半波片7、非线性晶体Ⅱ8；一方面，分光镜2的透射光经延迟调节器6进行光程延迟，再经半波片7进行偏振态正交旋转后投射到非线性晶体Ⅱ8；另一方面，来自半波片7的基频透射光与来自非线性晶体Ⅰ5的二倍频光束以固定角度同时投射到非线性晶体Ⅱ8上，通过非线性晶体Ⅱ8在两光束的重叠区域内实现频率转换，产生三倍频光，所述的三倍频光沿与非线性晶体Ⅱ8表面相垂直的方向输出；在经非线性晶体Ⅱ8输出的三倍频光方向上依次设置有衰减滤波片9、CCD10；所述的三倍频光经过衰减滤波片9进行强度衰减、滤波后进入CCD10，CCD10接收的即为双延迟三阶相关信号；CCD10外接计算机，来自CCD10的双延迟三阶相关信号输入计算机并进行数据处理和分析，获得激光脉冲波形分布。进一步还包括：在从非线性晶体Ⅰ5透过的剩余分光束方向上设置有吸收片Ⅰ11，用于吸收剩余的分光束；在从非线性晶体Ⅱ8出射的基频透射光方向上设置有吸收片Ⅱ12，用于吸收剩余的基频透射光；在透过非线性晶体Ⅱ8的二倍频光束方向上设置有吸收片Ⅲ13，用于吸收剩余的二倍频光束。进一步的，所述的非线性晶体Ⅰ5、非线性晶体Ⅱ8采用非共线Ⅰ类位相匹配，晶轴平行晶体通光面；并根据不同的入射激光波长选用不同的晶体材料。进一步的，所述的非线性晶体Ⅰ5、非线性晶体Ⅱ8分别安装在沿表面法线任意旋转的旋转镜架上。进一步的，所述的双棱镜4由上下两块棱镜组成，两块棱镜独立倾斜调节，通过倾斜调节连续改变两出射基频光束间的夹角，以适应不同非线性晶体Ⅰ5的角度匹配要求。进一步的，从反射镜3来的基频光束经双棱镜4后分成上下两束，以约30°的夹角为对称角度入射到非线性晶体Ⅰ5上，产生沿与非线性晶体Ⅰ5表面相垂直方向输出的二倍频光；所述二倍频光与来自半波片7的基频透射光通过非线性晶体Ⅱ8进行和频，基频透射光束的入射角约为17°，二倍频光的入射角约为10°，通过非线性晶体Ⅱ8在所述的基频透射光、二倍频光束重叠区域产生三倍频光。进一步的，根据激光脉冲的不同偏振态进行相应的晶轴旋转，从而调整非线性晶体Ⅰ5、非线性晶体Ⅱ8的方向，具体包括：当入射激光脉冲为竖直偏振时，旋转非线性晶体Ⅰ5和非线性晶体Ⅱ8使非线性晶体Ⅰ5的晶轴沿水平方向设置、非线性晶体Ⅱ8的晶轴沿竖直方向设置；当入射激光脉冲为水平偏振，旋转非线性晶体Ⅰ5和非线性晶体Ⅱ8使非线性晶体Ⅰ5的晶轴沿竖直方向设置、非线性晶体Ⅱ8的晶轴沿水平方向设置；当入射激光脉冲为非垂直、非水平偏振，分别旋转非线性晶体Ⅰ5、非线性晶体Ⅱ8，使输出的二倍频光束、三倍频光束最强即可。另一方面，本专利技术还提供了一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量方法，该所述测量方法包括以下步骤：在高功率激光脉冲入射方向上放置扩束准直镜1、分光镜2，所述扩束准直镜1用于将激光脉冲进行扩束得到扩束光，所述分光镜2用于将扩束光分成透射光和反射光；在分光镜2的反射光路上依次放置反射镜3、双棱镜4、非线性晶体Ⅰ5，使分光镜2的反射光经反射镜3反射后投射到双棱镜4；同时在分光镜2的透射光路上依次放置延迟调节器6、半波片7、非线性晶体Ⅱ8；根据激光脉冲的不同偏振态进行相应的晶轴旋转，从而调整非线性晶体Ⅰ5、非线性晶体Ⅱ8的方向，使得：一方面分光镜2的基频反射光束经双棱镜4被分成上下两束分光束，并以对称角度入射到非线性晶体Ⅰ5，通过非线性晶体Ⅰ5在所述上下两束分光束的重叠区域内实现倍频转换，产生的二倍频光束沿与非线性晶体Ⅰ5表面相垂直的方向输出后投射到非线性晶体Ⅱ8上；另一方面分光镜2的基频透射光束经延迟调节器6进行光程延迟，再经半波片7进行偏振态正交旋转后投射到非线性晶体Ⅱ8；同时来自半波片7的基频透射光与来自非线性晶体Ⅰ5的二倍频光束以固定角度同时投射到非线性晶体Ⅱ8上，通过非线性晶体Ⅱ8在两光束的重叠区域内实现频率转换，产生三倍频光，所述的三倍频光沿与非线性晶体Ⅱ8表面相垂直的方向输出；在经非线性晶体Ⅱ8输出的三倍频光方向上依次放置衰减滤波片9、CCD10；所述的三倍频光经过衰减滤波片9进行强度衰减、滤波后进入CCD10，CCD10接收的即为双延迟三阶相关信号；CCD10外接计算机，来自CCD10的双延迟三阶相关信号输入计算机并进行数据处理和分析，获得激光脉冲波形分布。进一步的还包括：在从非线性晶体Ⅰ5透过的剩余分光束方向上放置吸收片Ⅰ11，用于吸收剩余的分光束；在从非线性晶体Ⅱ8出射的基频透射光方向上放置吸收片Ⅱ12，用于吸收剩余的基频透射光；在透过非线性晶体Ⅱ8的二倍频光束方向上放置吸收片Ⅲ13，用于吸收剩余的二倍频光束。进一步的，根据激光脉冲的不同偏振态进行相应的晶轴旋转，从而调整非线性晶体Ⅰ5、非线性晶体Ⅱ8的方向具体包括：当入射激光脉冲为竖直偏振时，旋转非线性晶体Ⅰ5和非线性晶体Ⅱ8使非线性晶体Ⅰ5的晶轴沿水平方向设置、非线性晶体Ⅱ8的晶轴沿竖直方向设置；当入射激光脉冲为水平偏振，旋转非线性晶体Ⅰ5和非线性晶体Ⅱ8使非线性晶体Ⅰ5的晶轴沿竖直方向设置、非线性晶体Ⅱ8的晶轴沿水平方向设置；当入射激光脉冲为非垂直、非水平偏振，分别旋转非线性晶体Ⅰ5、非线性晶体Ⅱ8，使输出的二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置，其特征在于，所述装置在高功率激光脉冲入射方向上设置有扩束准直镜(1)、分光镜(2)；激光脉冲通过扩束准直镜(1)进行扩束得到扩束光，所述扩束光经分光镜(2)后分成透射光和反射光；在分光镜(2)的反射光路上依次设置有反射镜(3)、双棱镜(4)、非线性晶体Ⅰ(5)；分光镜(2)的反射光经反射镜(3)反射后投射到双棱镜(4)，被双棱镜(4)分成上下两束分光束，并以对称角度入射到非线性晶体Ⅰ(5)，通过非线性晶体Ⅰ(5)在所述上下两束分光束的重叠区域内实现倍频转换，产生的二倍频光束沿与非线性晶体Ⅰ(5)表面相垂直的方向输出；在分光镜(2)的透射光路上依次设置有延迟调节器(6)、半波片(7)、非线性晶体Ⅱ(8)；一方面，分光镜(2)的透射光经延迟调节器(6)进行光程延迟，再经半波片(7)进行偏振态正交旋转后投射到非线性晶体Ⅱ(8)，；另一方面，来自半波片(7)的基频透射光与来自非线性晶体Ⅰ(5)的二倍频光束以固定角度同时投射到非线性晶体Ⅱ(8)上，通过非线性晶体Ⅱ(8)在两光束的重叠区域内实现频率转换，产生三倍频光，所述的三倍频光沿与非线性晶体Ⅱ(8)表面相垂直的方向输出；在经非线性晶体Ⅱ(8)输出的三倍频光方向上依次设置有衰减滤波片(9)、CCD(10)；所述的三倍频光经过衰减滤波片(9)进行强度衰减、滤波后进入CCD(10)，CCD(10)接收的即为双延迟三阶相关信号；CCD(10)外接计算机，来自CCD(10)的双延迟三阶相关信号输入计算机并进行数据处理和分析，获得激光脉冲波形分布。...

【技术特征摘要】
1.一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置，其特征在于，所述装置在高功率激光脉冲入射方向上设置有扩束准直镜(1)、分光镜(2)；激光脉冲通过扩束准直镜(1)进行扩束得到扩束光，所述扩束光经分光镜(2)后分成透射光和反射光；在分光镜(2)的反射光路上依次设置有反射镜(3)、双棱镜(4)、非线性晶体Ⅰ(5)；分光镜(2)的反射光经反射镜(3)反射后投射到双棱镜(4)，被双棱镜(4)分成上下两束分光束，并以对称角度入射到非线性晶体Ⅰ(5)，通过非线性晶体Ⅰ(5)在所述上下两束分光束的重叠区域内实现倍频转换，产生的二倍频光束沿与非线性晶体Ⅰ(5)表面相垂直的方向输出；在分光镜(2)的透射光路上依次设置有延迟调节器(6)、半波片(7)、非线性晶体Ⅱ(8)；一方面，分光镜(2)的透射光经延迟调节器(6)进行光程延迟，再经半波片(7)进行偏振态正交旋转后投射到非线性晶体Ⅱ(8)，；另一方面，来自半波片(7)的基频透射光与来自非线性晶体Ⅰ(5)的二倍频光束以固定角度同时投射到非线性晶体Ⅱ(8)上，通过非线性晶体Ⅱ(8)在两光束的重叠区域内实现频率转换，产生三倍频光，所述的三倍频光沿与非线性晶体Ⅱ(8)表面相垂直的方向输出；在经非线性晶体Ⅱ(8)输出的三倍频光方向上依次设置有衰减滤波片(9)、CCD(10)；所述的三倍频光经过衰减滤波片(9)进行强度衰减、滤波后进入CCD(10)，CCD(10)接收的即为双延迟三阶相关信号；CCD(10)外接计算机，来自CCD(10)的双延迟三阶相关信号输入计算机并进行数据处理和分析，获得激光脉冲波形分布。2.如权利要求1所述的一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置，其特征在于，还包括：在从非线性晶体Ⅰ(5)透过的剩余分光束方向上设置有吸收片Ⅰ(11)，用于吸收剩余的分光束；在从非线性晶体Ⅱ(8)出射的基频透射光方向上设置有吸收片Ⅱ(12)，用于吸收剩余的基频透射光；在透过非线性晶体Ⅱ(8)的二倍频光束方向上设置有吸收片Ⅲ(13)，用于吸收剩余的二倍频光束。3.如权利要求1或2所述的一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置，其特征在于，所述的非线性晶体Ⅰ(5)、非线性晶体Ⅱ(8)采用非共线Ⅰ类位相匹配，晶轴平行晶体通光面。4.如权利要求1或2所述的一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置，其特征在于，所述的非线性晶体Ⅰ(5)、非线性晶体Ⅱ(8)分别安装在沿表面法线任意旋转的旋转镜架上。5.如权利要求1或2所述的一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置，其特征在于，所述的双棱镜(4)由上下两块棱镜组成，两块棱镜独立倾斜调节，通过倾斜调节连续改变两出射基频光束间的夹角。6.如权利要求1或2所述的一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置，其特征在于，从反射镜(3)来的基频光束经双棱镜(4)后分成上下两束，以约30°的夹角为对称角度入射到非线性晶体Ⅰ(5)上，产生沿与非线性晶体Ⅰ(5)表面相垂直方向输出的二倍频光；所述二倍频光与来自半波片(7)的基频透射光通过非线性晶体Ⅱ(8)进行和频，基频透射光束的入射角约为17°，二倍频光的入射角约为10°，通过非线性晶体Ⅱ(8)在所述的基频透射光、二倍频光束重叠区域产生三倍频光。7.如权利要求1或2所述的一种基于三次相关法的激光脉冲波形测量装置，其特征在于，根据激光脉冲的不同偏振态进行相应的晶轴旋转，从而调整非线性晶体Ⅰ(5)、非线性晶体Ⅱ(8)的方向，具体包括：当入射激光脉冲为竖直偏振时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏彦文，张波，元浩宇，刘华，董军，卢宗贵，孙志红，郑奎兴，粟敬钦，彭志涛，陈波，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51