激光脉冲信噪比测试仪制造技术

本发明专利技术是一种激光脉冲信噪比测试仪。主要适用红外至紫外波段，亚毫微秒或皮秒宽度的激光脉冲的信噪比测量。它含有一组导光镜片组，光电转换与峰值保持系统、计算机系统和可以供给＋５伏、＋１５伏和－１５伏的低压直流多路电源。仪器中的关键部分光电转换与峰值保持系统置于一屏蔽盒内，含有两只完全相等的光电转换门和两组完全相同的峰值保持电路。本发明专利技术可以通过单次实时测量，自动记录和分析，能够准确地测得信噪比值达１０↑［８］量级。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种激光脉冲信噪比的测量仪器，主要用于对红外至紫外波段、亚毫微秒或皮秒宽度的高功率激光脉冲进行信噪比测量。已有技术中，Urakami等人申请的美国专利"Optical Waveform MeasuringDevice"，Patent No.5168164，Date of PatentDec.1，1992是一种采用光对光取样测量光脉冲波形的仪器。如图1所示的是一种光波形测量仪的基本原理框图，它主要包括取样光脉冲发生器1、光延迟器2、控制单元3、显示器4、电子管5、透射与反射镜片6。由光脉冲发生器1产生取样光脉冲经光延迟器2延迟后通过透射与反射镜片6透射至电子管5的多光子吸收型光电阴极上，电子管5送出光电转换信号至显示器4的纵向扫描端。控制单元3有两路控制输出，一路控制光延迟器2实现对取样脉冲的延时调节，另一路控制显示器4的横向扫描端。透射与反射镜片6既用于透射光延迟器2的输出光，又用于反射被测光20脉冲。透射与反射镜片6的透射光和反射光共线入射至电子管5的光电阴极上。这里的光取样也就是透射与反射镜片6的透射光对透射与反射镜片6的反射光的取样。在此仪器中，取样光的波长和被测光的波长均大于电子管5的光电阴极灵敏度区域的上限波长，以使得电子管5灵敏地实现双光子吸收和单光电子释放过程。取样光脉冲与被测光脉冲时间同步。当光延迟器2受控制单元3控制而有序输出不同时间点的取样脉冲时，被测光脉冲波形在时间上受到取样，获得双光子和单光电子转换。显示器4上将反映被测光的扫描波形。该测量仪器采用重复频率光对光时间取样，仅用于对重复频率输出的激光脉冲波形进行测量，不能用作测量光脉冲的高信噪比值，更不能用于对单次工作状态下的高功率和极高信噪比的激光脉冲进行信噪比定量测量。本专利技术的目的在于针对已有技术中光脉冲波形测量仪在测量激光脉冲信噪比方面的局限性，重新设计一种全自动、高性能高功率激光脉冲信噪比测试仪，以致它能够记录并分析单次输出的激光脉冲中微弱预前噪声脉冲的相对大小。 附图说明图1是已有技术光波形测量仪的基本原理框图。图2是本专利技术激光脉冲信噪比测试仪示意图。图3是本专利技术光电转换门结构图。图4是本专利技术峰值保持电路图。参见图2所示本专利技术激光脉冲信噪比测试仪示意图。本专利技术主要包括四个部分低压直流多路电源7;光电转换与峰值保持系统8、计算机系统9和导光镜片组10。低压直流多路电源7有三个电压输出+15V、+5V、-15V。光电转换与峰值保持系统8装配于金属屏蔽盒中，光电转换与峰值保持系统8中包含五只相同参数的穿心电容11、两只相同的电阻12、两根相同尺寸和相同特性阻抗Z1的低阻抗微带线13、两只完全相同的光电转换门14、两对相同尺寸和相同特性阻抗Z2的共面带线15以及两组完全相同的峰值保持电路16。五只穿心电容11均安装于屏蔽盒壁上，引入或导出直流电平并实现盒体内外的高频干扰的隔离。两电阻12的一端共接于A点后通过一只穿心电容11连至电源7的+5伏端。两电阻12的另一端分别与两微带线13一端接于B点和C点。B、C两点并通过两电容11接至计算机系统9接口。两光电转换门14的a端分别接在两微带线13的另一端，b端均接地，即接屏蔽盒体，两c端分别经两对共面带线15分别连至两组保持电路16的输入端。两组保持电路16的+15伏、-15伏电源线分别共接于D点和E点，D、E分别通过两只电容11再接至电源7的+15伏和-15伏输出端。两组电路16的+5伏电源线共接于F点，然后连到A点。两组电路16的输出端和复位线均各自连至计算机系统9的接口端。计算机系统9的外同步触发线21连在作为被测信号20的激光器系统的启动信号上，以便能够实现同步操作。7、8、9的地端共接。导光镜片组10包括一只45°半反镜17、一只45°全反镜18和一组光衰减片组19。被测光20的脉冲先通过17一半能量反射给19，再准直入射至8中的一只光电转换门14中;另一半能量经17透射到18上，再全反射到8中的另一只光电转换门14上。这前后两只光电转换门分别用于反映主光脉冲和预光脉冲的相对能量幅度情况。当被测光20的激光波长为1.06微米、半峰全宽在1毫微秒以下的高功率激光脉冲被分出微焦耳量级的能量J引入至该激光脉冲信噪比测试仪时，在理想情况下，有J/2的能量被引入至右边光电转换门14受光而上，其输出电压脉冲峰值即预脉冲输出，VNP≈αViCJ预，其中a=eμph(1-r)Z22L2Jph]]> ViC为C点静态直流电压，J预为能量为J的激光脉冲中预激光脉冲能量，e为电子电量，μph为光电转换门中介质硅的有效电子、空穴迁移率，r为介质面反射系数，L为受光面上电极隙距，Jph为1.06微米波长的激光光子能量。VNP被峰值保持电路16保持住的峰值，并放大后将输出VNPH＝αβViCJ预，其中β的峰值保持系数。同样类似地，有J/2·T的脉冲能量被引入至左边光电转换门14受光面上，T为光衰减片组19的总透过率。光电转换门14输出经峰值保持并放大后有VSPH＝αβViB·J主·T，ViB为B点静态直流电压，J主为能量J的激光脉冲中主激光脉冲能量。这里忽略了J预/2·T对J主/2·T的贡献。计算机系统9在受同步脉冲触发后，迅速对ViB、ViC、VSPH即OL电压和VNPH即OR采集存贮，并在数秒钟内发出复位信号RL和RR使两峰值保持电路复位。计算机系统9一方面给出主预脉冲信噪比SNR＝ (J主)/(J预) ＝ (Vic·Vsph)/(ViB·T·VNPH)而且，由于峰值保持系统8允许并确定了1/100 ≤ (Vsph)/(VNPH) ≤100，则SNR至少有四个量级的动态范围。另一方面，计算机系统9可以非常方便地根据实时电压ViB、ViC、VSPH、VNPH、T和β值以及表达式V0＝ (Z2·Vi)/(Z1+Z2+Ron) Ron= (L2Jph)/(Eieμph(1-r))分析光电转换门14的工作情况及测量误差范围。图2中所示本专利技术的关键部分即为光电转换与峰值保持系统8。整个系统8置于金属屏蔽盒中，只用三只穿心电容11从电源7引进直流电压+15伏、+5伏、-15伏，用两只穿心电容11导出两门14的偏置电压ViB和ViC，峰值保持电路16的两输出线和两复位线直接连于计算机系统9接口。在两只光电转换门14受光面的正上方屏蔽盒盖上开有两只能够透射被测光20的窗口，窗口直径一般在5毫米左右，稍大于门14受光面直径。光电转换门14的结构如图3所示。这是一种新型的交叉对插型薄片结构，呈长方形，长为D，宽为W，D、W一般在数毫米量级，片厚度在1毫米以内。对于1.06微米的波长，其光电材料采用低掺杂硅，如掺金硅，光生载流子寿命在数十毫微秒至数百毫微秒量级。图3中阴影部分为光刻沉积的金属电极(如金膜)，电极底层渗入深度低阻层，以大大提高动态欧姆接触程度。整个受光面区域通常呈圆形，直径一般取在2毫米左右。等宽隙距L在微米量级。门14的宽度W与低阻抗微带线13宽度最好相同。门14的a端被采用金丝或合金丝均匀焊接于微带线13端，b端焊于地板，c端焊于共面带线15的入口端上。当微带线13上充有Vi的直流偏置电压时，一旦门14受到短脉冲激光作用，如波长为1.06微米，共面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光脉冲信噪比测试仪，其特征在于被测光（２０）的光脉冲通过一组导光镜片组（１０）后进入含有两只完全相同的光电转换门（１４）和两组完全相同的峰值保持电路（１６）的光电转换与峰值保持系统（８），两组峰值保持电路（１６）的输出端和复位线均各自连至计算机系统（９）的接口端，计算机系统（９）的外同步触发线（２１）连在被测光（２０）的启动信号上，由低压直流多路电源（７）提供光电转换与峰值保持系统（８）所用电源＋５伏、＋１５伏和－１５伏。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾冠清，林尊琪，陈绍和，
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：31[中国|上海]