CN103048053B - 单次激光信噪比探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单次激光信噪比探测装置，去掉了信号光光路上的单脉冲延迟器，且在快门光的光路上设置了缩束器，快门光从经过扩束的信号光的一侧传输到另一侧，只有在有快门光时，信号光才能够通过光克尔快门到达探测器，这样就由快门光对信号光进行空间扫描取样，时间上是连续的。时间分辨率主要由材料的光克尔响应和驰豫时间决定，有的材料的光克尔响应和驰豫时间短的可达几十飞秒，比先前的信噪比探测装置的时间分辨率高。

Description

单次激光信噪比探测装置

技术领域

本发明涉及一种单次激光信噪比探测技术。

背景技术

信噪比是激光器的重要技术指标，对激光应用研究的可靠性具有很大的影响，因此需要对其信噪比进行监测。目前，单次激光脉冲信噪比的测量方法主要有两种：

一种采用高速示波器加硅光电二极管的方法进行直接测量，可测量几百皮秒到几个纳秒光脉冲的信噪比；另一种是采用三阶相关和光参量放大的方法进行间接测量，时间分辨率可达飞秒级。它们具有如下缺点：

1、第一种测量方法的时间分辨率很低，亚纳秒，对于皮秒、飞秒激光脉冲无法探测。

2、第二种测量方法在测量过程中需要考虑到相位匹配的问题，因此光路调试复杂，并且限制了测量激光的光谱范围。

公开号为201348539，公开日为2009-11-18的中国专利公开了一种激光信噪比探测装置，其在信号光的光路上增加了一个单脉冲光延迟器，使得单次光脉冲在空间上按时间顺序展开，经过一个由激光选通的光克尔快门选通后，由CCD或其他的面阵探测器对光脉冲进行探测，获取单脉冲激光主脉冲之前和之后上百皮秒的信噪比，但其还是存在时间分辨率低的问题。

发明内容

为解决现有的单脉冲激光信噪比探测装置时间分辨率低、光路调试复杂的技术问题，本发明提供一种光克尔快门空间扫描取样单次激光信噪比探测装置。

本发明的技术解决方案是：

一种单次激光信噪比探测装置，包括1/4波片、分束镜、扩束器、光克尔介质、光向调节装置、延迟装置、第一偏振器、第二偏振器、第三偏振器、探测器，所述1/4波片及分束镜依次设置于光源的输出光路上，所述分束镜将光源分为快门光及信号光，

所述扩束器设置在信号光的光路上，所述光克尔介质设置在快门光和信号光相交叉的地方，

所述第三偏振器设置在快门光的光路上，所述第一偏振器设置在信号光的光路上，所述第二偏振器设置在通过光克尔介质的信号光的光路上，所述第三偏振器为垂直偏振放置，所述第一偏振器与第三偏振器的偏振方向成45°角，所述第二偏振器与第一偏振器正交放置，

所述光向调节装置用于调节信号光和快门光的传播方向，使其能到达光克尔介质，

所述延迟装置用于调节光程，使信号光和快门光能在光克尔介质内交叉，

其特征在于：

还包括第一缩束器，所述缩束器设置在快门光的光路上，所述快门光经过缩束器后与经过扩束器扩束的信号光在光克尔介质内空间交叉。

还包括第二缩束器，所述第二缩束器设置在光克尔介质和探测器之间的光路上。

上述第一缩束器和第二缩束器均由一个凸透镜和一个凹透镜组成。

上述探测器为CCD或面阵探测器。

上述延迟装置包括依次设置在快门光的光路上的反射镜、棱镜、反射镜以及用于放置棱镜的微位移平台。

本发明的有益效果：

1、时间分辨率高：公开号201348539的专利在信号光的光路上增加了一个单脉冲光延迟器，使得单次光脉冲在空间上按时间顺序展开，是离散的。时间分辨率主要由单脉冲光延时器的步进延时决定，一般是ps量级；图2为其测量曲线图，从图可以看出在时间轴上曲线是有台阶的，每个台阶对应一个时间点。

本发明去掉了信号光光路上的单脉冲延迟器，且在快门光的光路上设置了缩束器，快门光从经过扩束的信号光的一侧传输到另一侧，只有在有快门光时，信号光才能够通过光克尔快门到达探测器，这样就由快门光对信号光进行空间扫描取样，时间上是连续的。时间分辨率主要由材料的光克尔响应和驰豫时间决定，有的材料的光克尔响应和驰豫时间短的可达几十飞秒，图3为其测量曲线图，测量曲线是光滑连续的，比先前的信噪比探测装置的时间分辨率高。

2、信号强：缩束器的设置一方面提高了分辨率，另一方面增强了快门光的强度，使光克尔快门打开的深度更深，穿过光克尔快门的信号光信号更强。

3、调试简单且测量的激光脉冲光谱范围宽：本发明测量系统不受非线性相位匹配的限制，因此光路调试简单且可以对多种不同光谱范围的激光脉冲进行测量，其光谱范围主要由CCD或其他面阵探测器的光谱响应范围来决定。

4、误差小：本发明对单次激光脉冲进行的是直接测量，避免了间接测量过程中引入的误差。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为现有技术的测量曲线图；

图3为本发明的测量曲线图；

附图标记为：WP-1/4波片，BS-分束镜，P1-第一偏振器、P2-第二偏振器、P3-第三偏振器、Kr-光克尔介质、L1、L2、L3、L4是四个透镜、M1、M2、M3、M4是四个高反镜（针对激光波长），Pr-直角棱镜、B-挡光板。

具体实施方式

一种单次激光信噪比探测装置，包括1/4波片、分束镜、扩束器、光克尔介质、光向调节装置、延迟装置、第一偏振器、第二偏振器、第三偏振器、探测器、第一缩束器。

1/4波片及分束镜依次设置于光源的输出光路上，分束镜将光源分为快门光及信号光，扩束器设置在信号光的光路上，光克尔介质设置在快门光和信号光相交叉的地方，第三偏振器设置在快门光的光路上，第一偏振器设置在信号光的光路上，第二偏振器设置在通过光克尔介质的信号光的光路上，第三偏振器为垂直偏振放置，第一偏振器与第三偏振器的偏振方向成45°角，第二偏振器与第一偏振器正交放置。

光向调节装置用于调节信号光和快门光的传播方向，使其能到达光克尔介质，延迟装置用于调节光程，使信号光和快门光能在光克尔介质内交叉。

缩束器设置在快门光的光路上，快门光经过缩束器后与经过扩束器扩束的信号光在光克尔介质内空间交叉。

参照图1，激光经分束镜BS后，分成两束光，一束作为快门光打开光克尔快门，另一束作为信号光束。快门光经过高反镜M2、M3、M4，直角棱镜Pr，偏振器P3，通过透镜L1、L2组成的缩束镜缩束后，透过光克尔介质Kr，用来打开快门，透射的光被一个挡光板B挡住；信号光经过高反镜M1，偏振器P1（起偏），到达一个扩束器，扩束后的光通过光克尔介质，在介质内部与快门光空间交叉，透射的光经偏振器P2检偏，这样就在空间上实现了快门光对信号光不同时间点位的取样，取样后的信号光再经过透镜L3、L4组成的缩束镜缩束后到达CCD。将CCD探测到的信号由空间转换为时间，这样就探测出了单次激光脉冲的信噪比。

时间分辨率主要由材料的光克尔响应和驰豫时间决定，有的材料的光克尔响应和驰豫时间短的可达几十飞秒，在选择光克尔介质时需考虑以下几个因素：

（1）对待测激光透明，即吸收要小；

（2）光克尔响应与驰豫时间要比待测激光脉宽小；

（3）非线性折射率系数要大；

（4）双光子吸收要小。

Claims (6)

1.一种单次激光信噪比探测装置，包括1/4波片、分束镜、扩束器、光克尔介质、光向调节装置、延迟装置、第一偏振器、第二偏振器、第三偏振器、探测器，

所述1/4波片及分束镜依次设置于光源的输出光路上，所述分束镜将光源分为快门光及信号光，

所述扩束器设置在信号光的光路上，所述光克尔介质设置在快门光和信号光相交叉的地方，

所述第三偏振器设置在快门光的光路上，所述第一偏振器设置在信号光的光路上，所述第二偏振器设置在通过光克尔介质的信号光的光路上，所述第三偏振器为垂直偏振放置，所述第一偏振器与第三偏振器的偏振方向成45°角，所述第二偏振器与第一偏振器正交放置，

所述光向调节装置用于调节信号光和快门光的传播方向，使其能到达光克尔介质，

所述延迟装置用于调节光程，使信号光和快门光能在光克尔介质内交叉，

其特征在于：

还包括第一缩束器，所述缩束器设置在快门光的光路上，所述快门光经过缩束器后与经过扩束器扩束的信号光在光克尔介质内空间交叉；

所述信号光的光路上是不设置单脉冲延迟器的。

2.根据权利要求1所述的单次激光信噪比探测装置，其特征在于：还包括第二缩束器，所述第二缩束器设置在光克尔介质和探测器之间的光路上。

3.根据权利要求2所述的单次激光信噪比探测装置，其特征在于，所述第一缩束器和第二缩束器均由一个凸透镜和一个凹透镜组成。

4.根据权利要求1至3之一所述的单次激光信噪比探测装置，其特征在于：所述探测器为面阵探测器。

5.根据权利要求4所述的单次激光信噪比探测装置，其特征在于：所述探测器为CCD。

6.根据权利要求5所述的单次激光信噪比探测装置，其特征在于：所述延迟装置包括依次设置在快门光的光路上的反射镜、棱镜、反射镜以及用于放置棱镜的微位移平台。