一种超短脉冲相对峰值功率检测装置及其检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超短脉冲相对峰值功率检测装置及其检测方法。本发明专利技术利用非线性晶体的非线性效应的转换效率强烈依赖于激光脉冲的峰值功率，激光脉冲的峰值功率越大，非线性效应的转换效率越高，设置非线性晶体，并采用平均功率探测工具接收非线性效应转化后的激光脉冲的平均功率，通过调节CPA系统中的色散调节装置，对激光脉冲进行色散补偿，当平均功率最高时，此时为能够获得的最高峰值功率，结合能量计测量得到激光脉冲的能量和脉宽测量装置测量得到激光脉冲的脉宽，得到应用终端处的峰值功率；本发明专利技术能够直接在应用终端获得系统的最高峰值功率，应用于真空系统，非常适合在真空中测量应用终端的最高峰值功率，解决真空中脉宽参数测量难题。

【技术实现步骤摘要】
一种超短脉冲相对峰值功率检测装置及其检测方法
本专利技术涉及激光领域，具体涉及一种超短脉冲相对峰值功率检测装置及其检测方法。
技术介绍
自啁啾激光脉冲放大(CPA)提出后，激光器的峰值功率步步攀升。目前，激光脉冲峰值功率可达数PW(1015W)，激光光强可达1022W/cm2。常见的CPA系统如图1所示，一个振荡器产生超短脉冲(脉冲宽度通常为皮秒或飞秒量级)作为种子源，经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长脉冲(脉宽长度几十皮秒到纳秒量级，具体展宽后的脉宽长度取决于最终需要放大的能量)，利用放大器组对已经展宽的长脉冲进行能量放大获得高能量脉冲，高能量的激光脉冲最后通过压缩器将脉冲的时间尺度压缩到最小(回到种子源的脉宽量级)从而获得高峰值功率的强场激光脉冲。激光脉冲的峰值功率是激光器及其重要的参数之一，通常激光脉冲的峰值功率绝对数值无法直接测量，而是通过下面公式推演计算得到的：其中，I为激光脉冲的峰值功率，E为激光脉冲的能量，T为激光脉冲的宽度。通过测量上述激光脉冲能量和脉冲宽度这2个参数即可推算得到激光脉冲的峰值功率。从该公式可见获得高的峰值功率除了提高激光能量，压缩激光脉冲宽度是另一重要途径。通常激光脉冲的能量E通过能量计可直接测量，激光脉冲的宽度T通过脉冲宽度测量仪器可精确测量，从而计算获得激光峰值功率精确值。然而激光脉冲宽度，尤其是飞秒激光脉冲宽度极易受到色散的影响。在CPA系统中，即使压缩器将系统色散补偿完好，使激光在CPA系统输出时是该系统可获得的最短脉宽，但是随着后续光传输及应用中不可避免引入的色散将展宽激光脉冲宽度，从而使到达应用终端处的激光脉冲的宽度并非为系统的最短脉宽。并且在激光脉冲的宽度测量中，激光需要利用反射镜等光学元件传输到测量装置，同时测量装置内部含有大量光学元件，这些光学元件必然引入色散，从而使测量到的激光脉冲的宽度与应用终端处的激光脉冲的宽度不一致。在测量时，通过调节CPA系统中压缩器等色散器件补偿上述多种元件引入的色散，从而测量到CPA系统可获得的最短脉冲宽度，但是应用终端处的脉冲所经历的色散与测量设备接收到的脉冲色散不同，因此应用终端处的脉冲宽度并非测量系统所测量到的脉冲宽度，即此时应用终端处的脉宽并非系统最短脉冲宽度。由于测量设备测量到的是系统可获得的最短脉宽，因此此时结合激光能量信息获得是CPA系统可达到的最高峰值功率，考虑到传输、测量装置等引入的色散，此时应用终端处峰值功率并不是系统可达的最高峰值功率，这必然损失激光应用的最大潜力。
技术实现思路
为了解决以上现有技术中存在的技术问题，本专利技术提出了一种超短脉冲相对峰值功率检测装置及其检测方法。本专利技术的一个目的在于提出一种超短脉冲相对峰值功率检测装置。CPA系统依次包括种子源、展宽器、放大器组和压缩器；其中，种子源经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长激光脉冲；再进入放大器组，依次经过前级放大器组和扩束系统后，经第一级放大器放大能量，再进入第二级放大器放大能量，获得高能量的激光脉冲；高能量的激光脉冲最后通过压缩器将脉冲的时间尺度压缩到最小，从而获得高峰值功率的强场激光脉冲，传输到应用终端，在传输过程中，由于色散的引入将会改变激光脉冲的宽度。在应用终端处测量能量和最短脉宽，利用公式得到CPA系统在应用终端处的峰值功率，其中，I为激光脉冲的峰值功率，E为激光脉冲的能量，T为激光脉冲的宽度。脉宽测量装置在应用终端处测量得到的是最短脉宽，然而，如前所述，由于测量装置自身色散，传输引入的色散，这都导致测量到最短脉宽时，应用终端处并非最短脉宽。在应用终端，用户更关心在应用终端处是否为该CPA系统可达的峰值功率的最高处。因此，本专利技术采用在应用终端处获得相对最高峰值功率，再结合上述测算CPA系统峰值功率的方法，能够直接在应用终端获得CPA系统最高峰值功率。本专利技术的超短脉冲相对峰值功率检测装置包括：能量计、脉宽测量装置、非线性晶体、滤光片和平均功率探测工具；其中，在应用终端处设置能量计和脉宽测量装置，从CPA系统的压缩器输出的激光脉冲传输至应用终端，能量计测量激光脉冲的能量E，脉宽测量装置测量激光脉冲的脉宽T；撤出能量计和脉宽测量装置，在CPA系统的压缩器之后并且位于应用终端之前设置非线性晶体；在非线性晶体与应用终端之间依次设置滤光片和平均功率探测工具，平均功率探测工具放置在应用终端处；从CPA系统的压缩器输出的激光脉冲，波长为λ0；激光脉冲经过非线性晶体，由非线性晶体的非线性效应进行频率转换，产生波长λ的激光脉冲，并残留未转换的波长λ0的激光脉冲；波长λ的激光脉冲和波长λ0的激光脉冲一起经过滤光片，滤光片为对波长λ的激光脉冲高透射同时对波长λ0的激光脉冲高反射，经过滤光片后，波长λx的激光脉冲被过滤掉，只保留波长λ的激光脉冲；透射后的波长λ的激光脉冲由平均功率探测工具接收，并测量得到波长λ的激光脉冲的平均功率；平均功率探测工具采用功率计，功率计位于应用终端处，通过功率计直接读取平均功率；或者，平均功率探测工具采用衰减片、图像采集装置和计算机，图像采集装置放置在应用终端处，衰减片位于滤光片与图像采集装置之间，图像采集装置连接至计算机，经过滤光片后的波长λ的激光脉冲经衰减片衰减后，由图像采集装置接收，保证图像采集装置接收到的光斑数据未饱和，图像采集装置拍摄的光斑数据传输给计算机，通过计算机进行处理得到与图像采集装置接受到的波长λ的激光脉冲的平均功率相关的数据，该数据正比于图像采集装置接受到的波长λ的激光脉冲的平均功率；非线性晶体的非线性效应的转换效率强烈依赖于激光脉冲的峰值功率，激光脉冲的峰值功率越大，非线性晶体的非线性效应的转换效率越高，产生的波长λ的激光脉冲的功率也高，因此平均功率探测工具测量到波长λ的激光脉冲的平均功率最高代表CPA系统输出的峰值功率最高；调节CPA系统中的色散调节装置，改变CPA系统的色散，对激光脉冲进行色散补偿，由于传输引入的附加色散被色散调节装置补偿，脉冲宽度减小使得峰值功率增大，因此非线性效应的转换效率提高，产生的波长λ的激光脉冲的功率增加，从而平均功率探测工具得到的平均功率提升；当平均功率探测工具得到的平均功率最高时，此时应用终端处的峰值功率即为CPA系统能够获得的最高峰值功率，其数值为从而得到应用终端的最高峰值功率。为了便于观察，可将功率计的数据传输到计算机中进行处理，实时显示功率数值随时间变化。当显示的数据图中数据最高时，此时应用终端处峰值功率为系统可获得最高峰值功率。应用终端处的激光脉冲可以是聚焦的，也可以是平行光束。非线性晶体采用倍频晶体。图像采集装置采用电荷耦合器件(CCD，chargecoupleddevice)相机。CPA系统中的色散调节装置为CPA系统中的压缩器或者展宽器或者CPA系统内其他的色散调节装置。本专利技术的另一个目的在于提出一种超短脉冲相对峰值功率检测方法。本专利技术的超短脉冲相对峰值功率检测方法，包括以下步骤：1)将能量计和脉宽测量装置设置在应用终端处；2)从CPA系统的压缩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超短脉冲相对峰值功率检测装置，自啁啾激光脉冲放大CPA系统依次包括种子源、展宽器、放大器组和压缩器；其中，种子源经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长激光脉冲；再进入放大器组，依次经过前级放大器组和扩束系统后，经第一级放大器放大能量，再进入第二级放大器放大能量，获得高能量的激光脉冲；高能量的激光脉冲最后通过压缩器将脉冲的时间尺度压缩到最小，从而获得高峰值功率的强场激光脉冲，传输到应用终端，在传输过程中，由于色散的引入将会改变激光脉冲的宽度，其特征在于，所述超短脉冲相对峰值功率检测装置包括：能量计、脉宽测量装置、非线性晶体、滤光片和平均功率探测工具；其中，在应用终端处设置能量计和脉宽测量装置，从CPA系统的压缩器输出的激光脉冲传输至应用终端，能量计测量激光脉冲的能量E，脉宽测量装置测量激光脉冲的脉宽T；撤出能量计和脉宽测量装置，在CPA系统的压缩器之后并且位于应用终端之前设置非线性晶体；在非线性晶体与应用终端之间依次设置滤光片和平均功率探测工具，平均功率探测工具放置在应用终端处；从CPA系统的压缩器输出的激光脉冲，波长为λ

【技术特征摘要】
1.一种超短脉冲相对峰值功率检测装置，自啁啾激光脉冲放大CPA系统依次包括种子源、展宽器、放大器组和压缩器；其中，种子源经过展宽器对脉冲进行时间展宽后获得长激光脉冲；再进入放大器组，依次经过前级放大器组和扩束系统后，经第一级放大器放大能量，再进入第二级放大器放大能量，获得高能量的激光脉冲；高能量的激光脉冲最后通过压缩器将脉冲的时间尺度压缩到最小，从而获得高峰值功率的强场激光脉冲，传输到应用终端，在传输过程中，由于色散的引入将会改变激光脉冲的宽度，其特征在于，所述超短脉冲相对峰值功率检测装置包括：能量计、脉宽测量装置、非线性晶体、滤光片和平均功率探测工具；其中，在应用终端处设置能量计和脉宽测量装置，从CPA系统的压缩器输出的激光脉冲传输至应用终端，能量计测量激光脉冲的能量E，脉宽测量装置测量激光脉冲的脉宽T；撤出能量计和脉宽测量装置，在CPA系统的压缩器之后并且位于应用终端之前设置非线性晶体；在非线性晶体与应用终端之间依次设置滤光片和平均功率探测工具，平均功率探测工具放置在应用终端处；从CPA系统的压缩器输出的激光脉冲，波长为λ0；激光脉冲经过非线性晶体，由非线性晶体的非线性效应进行频率转换，产生波长λ的激光脉冲，并残留未转换的波长λ0的激光脉冲；波长λ的激光脉冲和波长λ0的激光脉冲一起经过滤光片，滤光片为对波长λ的激光脉冲高透射同时对波长λ0的激光脉冲高反射，经过滤光片后，波长λ0的激光脉冲被过滤掉，只保留波长λ的激光脉冲；透射后的波长λ的激光脉冲由平均功率探测工具接收，并测量得到波长λ的激光脉冲的平均功率；平均功率探测工具采用功率计，功率计位于应用终端处，通过功率计直接读取平均功率；或者，平均功率探测工具采用衰减片、图像采集装置和计算机，图像采集装置放置在应用终端处，衰减片位于滤光片与图像采集装置之间，图像采集装置连接至计算机，经过滤光片后的波长λ的激光脉冲经衰减片衰减后，由图像采集装置接收，保证图像采集装置接收到的光斑数据未饱和，图像采集装置拍摄的光斑数据传输给计算机，通过计算机进行处理得到与图像采集装置接受到的波长λ的激光脉冲的平均功率相关的数据，该数据正比于图像采集装置接受到的波长的激光脉冲的平均功率；非线性晶体的非线性效应的转换效率强烈依赖于激光脉冲的峰值功率，激光脉冲的峰值功率越大，非线性晶体的非线性效应的转换效率越高，产生的波长λ的激光脉冲的功率也高，因此平均功率探测工具测量到波长λ的激光脉冲的平均功率最高代表CPA系统输出的峰值功率最高；调节CPA系统中的色散调节装置，改变CPA系统的色散，对激光脉冲进行色散补偿，由于传输引入的附加色散被色散调节装置补偿，脉冲宽度减小使得峰值功率增大，因此非线性效应的转换效率提高，产生的波长λ的激光脉冲的功率增加，从而平均功率探测工具得到的平均功率提升；当平均功率探测工具得到的平均功率最高时，此时应用终端处的峰值功率即为CPA系统能够获得的最高峰值功率，其数值为从而得到应用终端的最高峰值功率。


2.如权利要求1所述的超短脉冲相对峰值功率检测装置，其特征在于，所述功率计连接至计算机，功率计的数据传输到计算机中进行处理，实时显示功率数值随时间变化。


3.如权利要求1所述的超短脉冲相对峰值功率检测装置，其特征在于，所述非线性晶体采用倍频晶体。


4.如权利要求1所述的超短脉冲相对峰值功率检测装置，其特征在于，所述图像采集装置采用电荷耦合器件相机。


5.如权利要求1所述的超短脉冲相对峰值功率检测装置，其特征在于，所述CPA系统中的色散调节装置为CPA系统中的压缩器或者展宽器或者CPA系统内其他的色散调节装置。

【专利技术属性】
技术研发人员：赵研英，耿易星，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11