本发明专利技术公开了一种高对比度纳秒级脉冲激光波形测量装置，所述装置包括：光纤耦合器、光纤分束器I、可调光纤衰减器、光纤脉冲复制器、光纤分束器II、光纤准直器、能量计、半导体光电探测器、示波器和计算机；所述光纤分束器I连接光纤耦合器，光纤分束器I将待测激光分为能量相等的四束。通过本发明专利技术公开的装置可以获取激光波形的不同截断部分的波形数据，最后将数据进行平均和拼接即可获得高对比度纳秒级脉冲激光波形。本发明专利技术公开的激光波形测量装置能够实现实现高功率、高对比度纳秒级脉冲激光波形的测量，尤其适用于大型高功率激光装置复杂纳秒脉冲时间波形的精密测量。秒脉冲时间波形的精密测量。秒脉冲时间波形的精密测量。
【技术实现步骤摘要】
一种高对比度纳秒级脉冲激光波形测量装置及测量方法
[0001]本专利技术属于高功率激光参数测量
，尤其涉及一种高对比度纳秒级脉冲激光波形测量装置及测量方法。
技术介绍
[0002]大型高功率激光装置的输出脉冲激光能量能够达到万焦耳量级，最常见的脉冲激光波形是具有高对比度的多台阶整形脉冲波形，这种脉冲波形的脉冲主峰与脉冲前沿台阶之间的对比度高达数百比一，且该脉冲波形具有复杂的脉冲波形轮廓以及快的上升时间。为了给物理实验提供准确的脉冲波形参数，要求对大型激光装置输出的高对比度整形脉冲波形进行实时测量。
[0003]目前，大型高功率激光装置输出高对比度纳秒脉冲的波形测量方法主要有以下几种：第一种方法是采用真空光电管、电脉冲功率分配器和数字示波器进行测量；首先利用光电管接收空间光输入，之后将输出的电脉冲通过电脉冲功率分配器分为两路，接着利用示波器双通道在不同幅度档位下获取同一脉冲的全波形顶部数据和底部波形数据，并进行数据拼接和重构，实现高对比度纳秒激光脉冲的测量。由于真空光电管具有很高的线性动态区间，因此这种方法可以实现具有较高对比度脉冲波形的测量，但是由于受到高功率激光装置复杂电磁环境的影响，该方法中使用的真空光电管不得不配套使用千伏以上的稳压电源，这将极易导致示波器等贵重测量设备易受到受到高压损坏；其次受限于电脉冲功功率分配器的路数，该方法在测量时只能获取高对比度脉冲波形的底部和顶部信息，当面对具有复杂轮廓的较高对比度脉冲波形时，必须同时获取脉冲波形的中间部分信息才能通过数据拼接得到完整的高对比度脉冲波形，因此该方法也不能适用于具有复杂轮廓的较高对比度脉冲波形的测量；
[0004]第二种方法是用半导体光电探测器代替第一种方法中的真空光电管。该方法中的半导体光电探测器在线性动态区间内工作，通过空间光分束，利用示波器多个通道(大于2通道)在不同幅度档位下获取同一脉冲的不同部分波形数据，并进行数据拼接和重构。这种方法虽然只需配置极低电压的直流电源，对示波器等贵重测量设备有一定的保护作用，而且相比真空光电管，半导体光电探测器可以具有更快的响应，更加适应百皮秒脉冲波形的测量，但是该方法中半导体光电探测器通常具有较小的线性动态区间，相比第一种方法，其数据拼接后无法获得较大的线性测量范围。因此上述两种纳秒脉冲波形测量方法在面对高功率激光装置输出的高对比度整形脉冲测量时均受到限制。
[0005]因此，亟需一种全新的方法可以实现大型高功率激光装置输出高对比度纳秒脉冲的波形测量。
技术实现思路
[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种高对比度纳秒级脉冲激光波形测量装置及测量方法，该装置能够实现高功率、高对比度纳秒级脉冲激光波形的测量，尤其适用于大型高功率激
光装置复杂纳秒脉冲时间波形的精密测量。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高对比度纳秒级脉冲激光波形测量装置，所述装置包括：光纤耦合器、光纤分束器I、可调光纤衰减器、光纤脉冲复制器、光纤分束器II、光纤准直器、能量计、半导体光电探测器、示波器和计算机；
[0008]所述光纤分束器I连接光纤耦合器，光纤分束器I将待测激光分为能量相等的四束；
[0009]所述可调光纤衰减器、光纤脉冲复制器和光纤分束器II均各有4个；光纤分束器I分束后的每一路光路上沿光传输的方向，都依次按顺序设置有一个可调光纤衰减器、一个光纤脉冲复制器和一个光纤分束器II；
[0010]所述光纤分束器II将每一束光束再进行分束，将每束光又分为两束光，其中一束光为取样光，取样光传输的光路为取样光路，另一束光为测量光，测量光传输的光路为测量光路；
[0011]所述光纤准直器有4个，分别连接在每一束光的取样光路中；
[0012]所述能量计有4个，分别位于每一个光纤准直器之后，用于测量取样光能量；
[0013]所述半导体光电探测器有4个，分别位于测量光路中；
[0014]所述示波器与4个半导体光电探测器连接，所述示波器有4个通道，分别用于接收4个导体光电探测器信号；
[0015]所述计算机连接示波器。
[0016]优选的，所述半导体光电探测器的饱和最大输出幅度值小于示波器的最大输出。
[0017]优选的，所述示波器的4个通道的幅度档位各不相同，按由低幅度档位到高幅度档位的顺序，所述4个通道分别为通道I、通道II、通道III和通道IV，其中通道IV获取激光全波形数据，通道I、通道II和通道III获取满屏截止波形数据。
[0018]优选的，所述4个半导体光电探测器中与通道IV对应的半导体光电探测器工作在线性动态区，与通道I、通道II和通道III对应的3个半导体光电探测器均工作在饱和区。
[0019]一种高对比度纳秒级脉冲激光波形测量方法，所述方法基于上述高对比度纳秒级脉冲激光波形测量装置进行，所述包括以下步骤：
[0020]S1：正式测量前，利用低能量激光脉冲光束确定激光波形数据测量参数；
[0021]将低能量激光脉冲光束输入所述的高对比度纳秒级脉冲激光波形测量装置中，调整装置各光路的可调光纤衰减器的衰减倍率和示波器的4个通道的幅度档位，使示波器的各通道显示完整脉冲波形，且使示波器的各通道对应的半导体光电探测器处于线性工作区，能量计同步显示各光路取样光脉冲序列的能量值，确定由光纤分束器I分束后的各分光光路对应的示波器通道的输出脉冲序列幅度平均值与取样光能量值之间的比值γ，以及示波器相邻两个通道间的时间延迟τ
12
、τ
23
和τ
34
，其中，τ
12
为通道I和通道II之间的时间延迟，τ
23
为通道II和通道III之间的时间延迟，τ
34
为通道III和通道IV之间的时间延迟；延迟时间定义为：示波器相邻通道第一脉冲的峰值对应的时间间隔；
[0022]S2：进行激光波形数据测量，将被测高功率激光输入高对比度纳秒级脉冲激光波形测量装置中，并将各光路可调光纤衰减器衰减倍率和示波器通道幅度档位调整至测量状态，通过示波器采集波形数据，并将采集的波形数据传输至计算机；
[0023]所述测量状态为：将示波器的4个通道的档位按由低幅度档位到高幅度档位的顺
序进行设置，与最高档位的通道对应的光电探测器工作于线性动态区间内，并且该通道获取全波形数据；与其他3个较低档位通道对应的光电探测器均工作于饱和区间内，并且这3个通道获取满屏截止波形数据；
[0024]S3：测量数据处理，数据处理包括以下步骤：
[0025]S31：求取示波器各通道的平均脉冲波形；
[0026]以示波器单个通道中的第一脉冲主峰半高宽中间点对应的时间轴坐标为基准，依次将该光束的所有复制脉冲进行脉冲轮廓相加并取平均值，获得该通道上的平均脉冲波形，按同样的方法依次获得四个通道的平均脉冲波形；
[0027]S32：将获得的示波器各通道的平均脉冲波形进行二维波形截断，并进行拼接；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高对比度纳秒级脉冲激光波形测量装置，其特征在于，所述装置包括：光纤耦合器、光纤分束器I、可调光纤衰减器、光纤脉冲复制器、光纤分束器II、光纤准直器、能量计、半导体光电探测器、示波器和计算机；所述光纤分束器I连接光纤耦合器，光纤分束器I将待测激光分为能量相等的四束；所述可调光纤衰减器、光纤脉冲复制器和光纤分束器II均各有4个；光纤分束器I分束后的每一路光路上沿光传输的方向，都依次按顺序设置有一个可调光纤衰减器、一个光纤脉冲复制器和一个光纤分束器II；所述光纤分束器II将每束光又分为两束光，其中一束光为取样光，取样光传输的光路为取样光路，另一束光为测量光，测量光传输的光路为测量光路；所述光纤准直器有4个，分别连接在每一束光的取样光路中；所述能量计有4个，分别位于每一个光纤准直器之后，用于测量取样光能量；所述半导体光电探测器有4个，分别位于测量光路中；所述示波器与4个半导体光电探测器连接，所述示波器有4个通道，分别用于接收4个导体光电探测器信号；所述计算机连接示波器。2.根据权利要求1所述的高对比度纳秒级脉冲激光波形测量装置，其特征在于，所述半导体光电探测器的饱和最大输出幅度值小于示波器的最大输出。3.根据权利要求2所述的高对比度纳秒级脉冲激光波形测量装置，其特征在于，所述示波器的4个通道的幅度档位各不相同，按由低幅度档位到高幅度档位的顺序，所述4个通道分别为通道I、通道II、通道III和通道IV，其中通道IV获取激光全波形数据，通道I、通道II和通道III获取满屏截止波形数据。4.根据权利要求3所述的高对比度纳秒级脉冲激光波形测量装置，其特征在于，所述4个半导体光电探测器中与通道IV对应的半导体光电探测器工作在线性动态区，与通道I、通道II和通道III对应的3个半导体光电探测器均工作在饱和区。5.一种高对比度纳秒级脉冲激光波形测量方法，其特征在于，所述方法基于权利要求4所述的高对比度纳秒级脉冲激光波形测量装置进行，所述包括以下步骤：S1：正式测量前，利用低能量激光脉冲光束确定激光波形数据测量参数；将低能量激光脉冲光束输入所述的高对比度纳秒级脉冲激光波形测量装置中，调整装置各光路的可调光纤衰减器的衰减倍率和示波器的4个通道的幅度档位，使示波器的各通道显示完整脉冲波形，且使示波器的各通道对应的半导体光电探测器处于线性工作区，能量计同步显示各光路取样光脉冲序列的能量值，确定由光纤分束器I分束后的各分光光路对应的示波器通道的输出脉冲序列幅度平均值与取样光能量值之间的比值γ，以及示波器相邻两个通道间的时间延迟τ
12
、τ
【专利技术属性】
技术研发人员：董军，夏彦文，卢宗贵，刘华，张波，曾发，孙志红，
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：
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