CN103968960A - 一种测量同步脉冲激光器的同步精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测量同步脉冲激光器的同步精度的方法。该同步脉冲激光器包括同步的第一脉冲激光器和第二脉冲激光器，分别输出对应的第一脉冲序列和第二脉冲序列；该方法包括：叠加光强测量步骤：将第一脉冲序列和第二脉冲序列进行叠加并测量叠加后的光强信号；拍频信号获取步骤：从光强信号中过滤出其中的拍频信号；拍频信号的振幅随第一脉冲序列与第二脉冲序列中的对应脉冲之间的时间偏移量而变化；时间偏移量计算步骤：根据预先确定的拍频信号的振幅与时间偏移量之间的预定函数关系来计算拍频信号中的一振幅值所对应的时间偏移量。本发明的方法不需要使用非线性晶体，光路布置和调节相对简单，在测量低峰值功率脉冲的同步精度方面有较大优势。

Description

一种测量同步脉冲激光器的同步精度的方法

技术领域

本发明涉及同步激光器同步精度测量领域，特别是涉及一种测量同步脉冲激光器的同步精度的方法。

背景技术

高精度同步激光器在物理、化学、生物及信息通信等方面有着广泛的应用。在超快探测领域中，“泵浦-探测”实验（J.S.Yahng，Y.H.Ahn et al.J.Opt.Soc.Am.B,2001.18:714）需要以两束同步激光作为工具，其中一束用于激发物质，另一束用于探测其瞬时的物理特性。在光源方面，若实现多束同步激光的相位锁定，则可以实现激光的相干合成(R.K.Shelton,L.S.Ma et al.Science,2001.293:1286)，若将两束波长不同的同步飞秒激光进行差频，则能产生脉宽为飞秒量级的中红外、远红外甚至太赫兹波段的电磁波(H.Xuan,Y.Zou,S.wang,H.Han et al.Appl.Phys.B,2012.108:571)。在量子通信领域中，所需的纠缠光子对也可以通过同步激光器来产生得到。

同步精度是衡量同步激光器性能的重要技术指标，该指标直接决定了后续实验和应用的系统稳定性(Zhao Huan,Zhao Yan-Ying et al.Chin.Phys.Soc.,2008.57:892)。为了定量描述同步精度，实验中需要测量一段时间内两脉冲的时间抖动(Wei Z Y,Kobayashi Y,Zhang Z G,Torizuka K.Opt.Lett.,2001.26:1806)。目前，测量时间抖动所采用的普遍方法是“互相关法”(J.C.Diels,W.Rudolph,2006Ultrashort Laser Pulse Phenomena(Amsterdam:Elsevier)p459)，该方法主要利用了非线性晶体（例如BBO晶体）的和频效应，使两个脉冲在同时到达晶体时生成和频光，该和频光的光强即代表了两脉冲的相对抖动量。

相比于其他方法，互相关法测量精度高，能够实时反映出激光器的同步精度。但在某些情况下，该方法也有一定的局限性，例如在激光功率较低的时候，或者因重频较高、色散较大等造成脉宽较宽时，参与和频的脉冲峰值功率就会大大降低，进而影响和频效率，在有的情况下甚至很难探测到和频信号。又如，在同步激光器中心频率相同的情况下，互相关实验需要使两光路交叉重合到BBO晶体上，若此时激光脉宽较窄（例如亚10fs），则会使脉冲时间、空间调节重合变得比较困难。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种新的测量同步脉冲激光器的同步精度的方法。

特别地，本发明提供了一种测量同步脉冲激光器的同步精度的方法，其中，所述同步脉冲激光器包括同步的第一脉冲激光器和第二脉冲激光器，分别输出对应的第一脉冲序列和第二脉冲序列；所述方法包括：叠加光强测量步骤：将所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列进行叠加，并测量叠加后的光强信号；拍频信号获取步骤：从所述光强信号中过滤出其中的拍频信号；其中，所述拍频信号的振幅随所述第一脉冲序列与所述第二脉冲序列中的对应脉冲之间的时间偏移量而变化；时间偏移量计算步骤：根据预先确定的所述拍频信号的振幅与所述时间偏移量之间的预定函数关系来计算所述拍频信号中的一振幅值所对应的时间偏移量。

可选地，在所述预定函数关系中，所述拍频信号的所述振幅随作为唯一自变量的所述时间偏移量变化。

可选地，所述预定函数关系中包括一最大振幅值，所述最大振幅值为在所述时间偏移量为零的理想情况下所述拍频信号的振幅。

可选地，所述时间偏移量为所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列之间的整体相对延时与所述对应脉冲之间由脉冲抖动造成的局部相对延时之和；所述方法还包括最大振幅值获取步骤：调节所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列之间的所述整体相对延时，使得所述拍频信号的振幅在不考虑由脉冲抖动造成的所述局部相对延时对所述振幅的影响的情况下基本上达到最大值；并且测量所述拍频信号的第一多个周期分别对应的第一多个局部振幅值，将所述第一多个局部振幅值的平均值作为所述最大振幅值。

可选地，该方法还包括时间抖动测量步骤：调节所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列之间的所述整体相对延时，使得所述拍频信号的振幅在不考虑脉冲抖动造成的所述局部相对延时对所述振幅的影响的情况下基本上达到不同于所述最大值的一中间值；并且测量所述拍频信号的第二多个周期分别对应的第二多个局部振幅值，根据所述预定函数关系计算得到所述第二多个局部振幅值分别对应的多个时间偏移量；根据所述多个时间偏移量计算所述第一脉冲序列与所述第二脉冲序列之间的时间抖动值。

可选地，所述时间抖动值为所述多个时间偏移量的方差。

可选地，在所述叠加光强测量步骤中，使用光电探测器来测量所述光强信号；其中，所述光电探测器的响应时间至少是所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列的脉宽的10倍；可选地，所述光电探测器的响应时间为纳秒量级，所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列的脉宽小于皮秒量级。

可选地，所述中间值由所述振幅随时间偏移量的变化率决定；可选地，所述中间值选择为使所述变化率基本最大的振幅；可选地，所述中间值为所述最大值的0.55-0.65倍；可选地，所述中间值为所述最大值的0.6倍。

可选地，在所述拍频信号获取步骤中，过滤所述光强信号采用的中心频率根据所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列各自的载波包络相移频率之差来确定。

可选地，所述预定函数关系为I(τ)=I₀f(τ)，其中，τ表示所述时间偏移量，I₀为在τ=0的理想情况下所述拍频信号的最大振幅值，I(τ)为所述时间偏移量为τ时所述拍频信号的振幅；

可选地，在所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列的脉冲包络为高斯型的情况下，所述预定函数关系为其中T₁和T₂分别为所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列的脉冲半高全宽。

本发明的测量同步脉冲激光器的同步精度的方法通过测量叠加后的光强信号并对其进行滤波，并且对滤波后的拍频信号进行处理及计算，以获得所需的同步精度。本发明的方法不需要使用非线性晶体，光路布置和调节相对简单。并且，由于本发明的方法的测量灵敏度高，对脉冲峰值功率要求较低，因此在测量低峰值功率脉冲的同步精度方面有着较大优势。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的拍频信号强度的频谱图；

图2是根据本发明一个实施例的中用Matlab模拟得到的拍频信号的振幅随时间偏移量的变化曲线及其变化率曲线；

图3是本发明一个实施例的用于实现测量同步脉冲激光器的同步精度的方法的装置的结构示意图；

图4是本发明一个实施例的测量同步脉冲激光器的同步精度的方法的流程图。

具体实施方式

下面首先对本发明的方法所依据的原理进行理论推导。

假设两台激光器分别发出一个激光脉冲，且这两个激光脉冲的包络均为高斯型，则这两个脉冲的形式可以分别表示为：

其中E₀₁、E₀₂为两脉冲的峰值功率，T₁和T₂为脉冲半高全宽，ν₀为载波频率，Δν表示两脉冲载波频率之差，代表载波初始相位，t'为单个脉冲尺度下的时间，τ为两脉冲之间的时间偏移量，表征了两台激光器发出的脉冲在时域上的重合程度。

某一时刻，两脉冲信号基本上同时到达光电探测器进行拍频叠加，并由该光电探测器测量叠加后的光强信号。在忽略掉直流项后，该叠加信号的强度的表达式为：

由于光电探测器的响应时间普遍在ns（纳秒）量级，而参与拍频的脉冲脉宽一般小于等于1ps（皮秒），所以光电探测器所探测到的光强信号实际上是I(t',τ)对时间t'的积分结果。在ps的积分时间内，Δνt'≈0，因此最后的积分强度也就是光电探测器所探测到的光强信号可以表示为：

其中，I₀是公式（3）所表示的I(t',τ)中的相关积分项。同时，在公式（4）中，I₀也是I(τ)所能达到的最大振幅值。在下文中将会明白，在本发明中可以并不关心I₀的具体形式，而是可以将其作为一个测量值。

上述表达式是探测器对单脉冲对的探测结果，对于脉冲序列而言，不再是常数，其变化量与脉冲周期T_r成正比，表达式为 其比例系数f_ceo1、f_ceo2即为载波包络相移频移。

由此，根据公式（4）可以推出光电探测器在较大时间范围内所探测的光强信号的表达式：

$I(t,\mathrm{\τ})=I_0{e}^{-2\ln 2{\left(\frac{\mathrm{\τ}}{\sqrt{T_1^2+T_2^2}}\right)}^2}\cos [2\mathrm{\π}(f_{\mathrm{ceo}2}-f_{\mathrm{ceo}1})t+2\mathrm{\π}(v_0+\mathrm{\Δv})\mathrm{\τ}].---\left(5\right)$

由于τ是随机变化的，所以对于不同的脉冲而言会呈现为随机变化的随机抖动项。在τ值不大的情况下，2π(ν₀+Δν)τ这个随机抖动项可以认为是均匀分布在整个频域内的背景噪音，这可以从图1中清楚地看出。

在图1中，用Matlab模拟了公式（5）在f_ceo2－f_ceo1=15时的光强信号I(t)=cos[2π*15*t+δ(t)]作傅里叶变换后的频谱图，其中δ(t)是满足高斯分布的随机数，用于代表2π(ν₀+Δν)τ项，其幅值为0.1π（实际幅值应该更小），数学期望为0。图1中的各幅子图显示了当δ(t)的标准差取不同值时所得到的频谱图。从图1可以看出，δ(t)仅会增加背景噪音的强度。如果用滤波器从光电探测器所探测的光强信号中过滤出以│f_ceo2－f_ceo1│为中心频率的拍频信号，2π(ν₀+Δν)τ项所引入的背景噪声也会被滤掉。

这样，进行上述滤波后最终会得到两脉冲的拍频信号随时间t以及时间偏移量τ的变化关系：

$I(t,\mathrm{\τ})=I_0{e}^{-2\ln 2{\left(\frac{\mathrm{\τ}}{\sqrt{T_1^2+T_2^2}}\right)}^2}\cos \left[2\mathrm{\π}(f_{\mathrm{ceo}2}-f_{\mathrm{ceo}1})t\right].---\left(6\right)$

其中，所过滤出的拍频信号的振幅为：

$I\left(\mathrm{\τ}\right)=I_0{e}^{-2\ln 2{\left(\frac{\mathrm{\τ}}{\sqrt{T_1^2+T_2^2}}\right)}^3},---\left(7\right)$

这是一个与时间t无关而仅随时间偏移量τ变化的量。因此，从该振幅的表达式可知：在已知脉宽T₁和T₂以及最大拍频信号振幅I₀情况下，通过测量拍频信号的振幅信息I(τ)，就可以推出两同步激光器的脉冲的相对时间偏移量τ。通过测量多个周期内的该时间偏移量τ，还可进一步通过方差计算得到时间抖动值。

考虑到实际的应用，为了提高测量I(τ)的灵敏度，希望在振幅I(τ)随时间偏移量τ变化率最大的地方来测量I(τ)。在图2中，在I₀=1、T₁=3、T₂=4的情况下用Matlab模拟得到了公式（7）的拍频信号振幅I(τ)随时间偏移量τ的变化曲线及其变化率曲线。从图2中可以看出，在该振幅I(τ)随时间偏移量τ变化率最大的时候（由图2中表示变化率的点线中的圆黑点所示，即灵敏度最高的时候），拍频信号的振幅约为最大振幅值I₀的0.6倍。也就是说，在此处，一定的时间偏移量τ对应的I(τ)的变化最大。

下面结合图3和图4描述按照上述原理所获得的本发明的方法。

如图3所示，同步脉冲激光器通常包括同步的第一脉冲激光器301和第二脉冲激光器302，分别输出对应的第一脉冲序列和第二脉冲序列。这两台脉冲激光器301和302可以是已经主动或被动同步锁定的。第一脉冲激光器301输出的第一脉冲序列可以入射到合束器305中。第二脉冲激光器302输出的第二脉冲序列可以先入射到反射镜303，在经由反射镜303入射到由两个反射镜构成的延时器304中，最后再入射到合束器305。该延时器304可以用来调节第二脉冲激光器302发出的第二脉冲序列的光程。该合束器305可以是一个透射/反射镜，其可以透射第一脉冲序列但反射第二脉冲序列。第一和第二脉冲序列在合束器305处合并为一个光束，并入射到光电探测器306中。光电探测器306可以探测第一和第二脉冲序列叠加后的光强信号。光电探测器306所探测的光强信号输入到滤波器307中，并由滤波器307从该光强信号中过滤出所需的拍频信号。随后，所过滤出的拍频信号可以输入到示波器308中进行观测和数据获取。所获取的数据可以输入到计算机309中进行处理。

参考图4，按照本发明的该方法可包括叠加光强测量步骤401、拍频信号获取步骤402和时间偏移量计算步骤403。

在叠加光强测量步骤401中，可以将第一脉冲序列和第二脉冲序列进行叠加，并测量叠加后的光强信号。在叠加光强测量步骤401中，可以使用图3中的光电探测器306来测量该光强信号，该光强信号例如可以为前文公式（5）所表示的光强信号I(t,τ)。如前文所述，为了从公式（3）得到公式（4），该光电探测器306的测量结果应该是一个积分结果，为此，该光电探测器306的响应时间至少是第一脉冲序列和第二脉冲序列的脉宽的10倍。例如，光电探测器306的响应时间为纳秒量级，第一脉冲序列和第二脉冲序列的脉宽小于皮秒量级。

在拍频信号获取步骤402中，可以从光强信号中过滤出其中的拍频信号；其中，拍频信号的振幅随第一脉冲序列与第二脉冲序列中的对应脉冲之间的时间偏移量而变化。此处的时间偏移量可以为所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列之间的整体相对延时与所述对应脉冲之间由脉冲抖动造成的局部相对延时之和。该拍频信号例如可以如前文的公式（6）所示。可以采用图3所示的滤波器307来进行该滤波操作。所选用滤波器307的中心频率可以根据第一脉冲序列和第二脉冲序列各自的载波包络相移频率之差│f_ceo2－f_ceo1│来确定。在实践中，该中心频率值可以根据已知的第一脉冲序列和第二脉冲序列的载波包络相移频率来计算得到，也可以通过频谱分析仪直接测量得到。此时，可以利用示波器308监测所过滤出的拍频信号，可以看出该信号实际上是振幅随时间抖动的正弦曲线，例如如公式（7）所示。

原则上，此时可以进行时间偏移量计算步骤403，根据预先确定的拍频信号的振幅与时间偏移量之间的预定函数关系来计算拍频信号中的一振幅值所对应的时间偏移量。

如前所述，当第一脉冲序列和第二脉冲序列的脉冲形式分别如公式（1）和（2）所示时，拍频信号的振幅与时间偏移量之间的预定函数关系为公式（7）所表达的形式。此时，根据一具体测量到的振幅I(τ)，即可得到所应的时间偏移量τ。最后，可以进而根据所获得的一系列时间偏移量τ，通过计算这些时间偏移量的方差来获得表征同步精度的时间抖动值。

可以理解，当第一脉冲序列和第二脉冲序列的脉冲形式为其它包络形式时，通过与前文的公式（1）～（7）相似的推导，也可以得到一个形如

I(τ)=I₀f(τ) （8）的预定函数关系，其中，τ表示作为唯一自变量的时间偏移量，I₀为在τ=0的理想情况下拍频信号的理想振幅值（也是其最大振幅值），I(τ)为时间偏移量为τ时拍频信号的振幅。

按照本发明，可以通过最大振幅值获取步骤来确定该预定函数关系中所需的最大振幅值I₀。在该最大振幅值获取步骤中，可以调节第一脉冲序列和第二脉冲序列之间的整体相对延时，使得拍频信号的振幅在不考虑由脉冲抖动造成的局部相对延时对振幅的影响的情况下基本上达到最大值；并且，测量拍频信号的第一多个周期分别对应的第一多个局部振幅值，将第一多个局部振幅值的平均值作为最大振幅值。

需要理解，在图3所示的测量装置中，到达光电探测器306的第一脉冲序列和第二脉冲序列之间对应脉冲的时间偏移量由两部分组成。一部分是由于第一脉冲序列和第二脉冲序列经由不同的光路到达合束器305时由于光程的不同而造成的第一脉冲序列和第二脉冲序列之间的整体相对延时。第一脉冲序列和第二脉冲序列中任一对应的脉冲对之间的相对时间偏移量均会包含该整体相对延时。另一部分是由于第一脉冲激光器和第二脉冲激光器的本身脉冲抖动特性所决定的第一脉冲序列和第二脉冲序列之间对应脉冲的局部相对延时。该局部相对延时对于不同的脉冲对来说是随机抖动的，这也是测量同步脉冲激光器的同步精度所关心的延时。

在实践中，如图3所示，操作人员可以通过调节光路中的延时器304，并观测示波器308上显示的拍频信号的振幅的变化，并直至使得该振幅达到最大值，然后用示波器308或数据采集卡记录此时的拍频信号。需要注意的是，用延时器304调节第二脉冲激光器302发出的第二脉冲序列在光路中的光程时，其实际上调节了第一脉冲序列与第二脉冲序列之间的整体相对延时。当拍频信号的振幅达到最大值时，实际上是使得第一脉冲序列和第二脉冲序列之间的整体相对延时为零。需要进一步注意的是，如公式（7）所示，即使调节延时器304使得第一脉冲序列与第二脉冲序列之间的整体相对延时为零，由于时间偏移量τ中依然包含由脉冲抖动造成的局部相对延时，因此，此时示波器308显示的拍频信号的振幅实际上依然会随脉冲抖动（或者说脉冲抖动造成的局部相对延时）而变化。然而，由于脉冲抖动所造成的时间偏移量τ的数值以及变化相对很小，因此，其对拍频信号的振幅的影响也很小。仅仅作为示例性的例子，如果示波器308显示的拍频信号的一个振幅值为5V，那么脉冲抖动对该振幅的影响有可能仅有大约0.001V。因此，对于操作人员来说，其在调节延时器304使得拍频信号达到最大这一过程中，可以基本上不考虑脉冲抖动对时间偏移量的影响，也就是不考虑其对拍频信号的振幅的影响。

对在拍频信号的振幅达到最大时所记录的拍频信号进行采样测量，测量的时间长度可以记为T₀，其可以包括该拍频信号的多个周期（即，第一多个周期）。在该测量时间长度T₀内，按照预定的采样间隔或者说采样频率测量该拍频信号的数值大小，该测量序列可以记录为I₀'(1)～I₀'(N)，其中N为该序列的总数。为了保证数据的可靠性，通常要求示波器308的采样频率比激光器301和302的重复频率至少高出1～2个数量级。

然后，可以在计算机309中利用Matlab或Origin等数据处理软件将得到的I₀'(1)～I₀'(N)序列进行如下数据处理。首先，可以提取出I₀'(1)～I₀'(N)序列中的所有的局部极值点，形成新的数组I₀(1)～I₀(N₀)，其中N₀为该列新数组所含数据的总数。该数组I₀(1)～I₀(N₀)实际上对应于前文所述的第一多个局部振幅值，通常该数组的数据总数N₀也对应于测量时间长度T₀内所包括的第一多个周期的周期数，每一局部振幅值表示对应一个周期内的振幅。然后计算I₀(1)～I₀(N₀)的平均值例如算术平均值，并将该平均值用作公式（7）或（8）中的最大振幅值I₀。可以理解，尽管如前所述，所获得的该数组I₀(1)～I₀(N₀)代表的振幅值必然会收到由脉冲抖动造成的时间偏移量的影响，但是通过对多个振幅值的平均计算，可以尽可能大地消除该影响，使得该平均值尽可能接近理想的最大振幅值I₀。

在获得该最大振幅值I₀之后，即可利用例如公式（7）或者更一般性的公式（8）来根据一振幅值I(τ)获得对应的时间偏移量τ，并进而获得时间抖动值。原则上，可以根据任意测得的振幅值I(τ)来计算时间偏移量τ。但是，由于在之前的最大振幅值获取步骤中是在拍频信号的振幅达到最大值的情况下获得最大振幅值I₀的，其实际上包含有脉冲抖动对拍频信号振幅的影响，因此在计算时间偏移量τ时，通常不适合再用在拍频信号的振幅达到最大值的情况下获得振幅测量值来反推时间偏移量τ，而最好是：通过调节第一脉冲序列和第二脉冲序列之间的整体相对延时，使得拍频信号的振幅在不考虑脉冲抖动造成的局部相对延时对该振幅的影响的情况下基本上达到不同于最大值的一中间值，并在这种情况下测量拍频信号的振幅，以计算时间偏移量。该中间值可以根据拍频信号的振幅随时间偏移量的变化率决定。为了获得更好的测量灵敏度，该中间值可以选择为使该变化率基本上为最大的振幅。

在实践中，如图3所示，操作人员可以通过调节光路中的延时器304，并观测示波器308上显示的拍频信号的振幅的变化，并直至使得该振幅达到所预定的中间值，然后用示波器308或数据采集卡记录此时的拍频信号。根据图2所示的示例，该中间值可以选择为最大振幅值I₀的0.6倍。当然，操作人员在实际操作中并不需要如此精确，也可能无法做到如此精确，但是可以理解，只要使得拍频信号在最大振幅值I₀的0.6倍附近，例如0.55-0.65倍左右，都可以获得相对较大的测量灵敏度。而且，尽管图2中的0.6倍是在所对应的具体情形下获得的，但是，本申请的发明人发现，对于其它数值的的脉冲半高全宽，甚至其它的脉冲包络形式，将该中间值选定为最大振幅值I₀的0.6倍或者0.55-0.65倍，基本上都可以获得理想的灵敏度。

与在测量最大振幅值时使得拍频信号的振幅达到最大值时相类似，在使得拍频信号的振幅达到该中间值的过程中，拍频信号的振幅实际上依然会随脉冲抖动（或者说脉冲抖动造成的局部相对延时）而变化。基于同样的原因，由于脉冲抖动所造成的时间偏移量τ的数值以及变化相对很小，因此，其对拍频信号的振幅的影响也很小。因此，对于操作人员来说，其在调节延时器304使得拍频信号达到预定的中间值这一过程中，可以基本上不考虑脉冲抖动对时间偏移量的影响，也就是不考虑其对拍频信号的振幅的影响。

在调节延时器304使得拍频信号达到预定的中间值后，则可以对该拍频信号进行采样测量，测量的时间长度同样可以记为T₀，其可以包括该拍频信号的多个周期（即，第二多个周期）。该测量时间长度T₀的具体数值或者第二多个周期的周期数量可以与最大振幅值获取步骤中一致或不一致。在该测量时间长度T₀内，按照预定的采样间隔或者说采样频率测量该拍频信号的数值大小，该测量序列可以记录为I₁'(1)～I₁'(N)，其中N为该序列的总数。

然后，可以在计算机309中利用Matlab或Origin等数据处理软件将得到的I₁'(1)～I₁'(N)序列进行如下数据处理。首先，可以提取出I₁'(1)～I₁'(N)序列中的所有的局部极值点，形成新的数组I₁(1)～I₁(N₁)，其中N₁为该列新数组所含数据的总数。该数组I₁(1)～I₁(N₁)实际上对应于前文所述的第二多个局部振幅值，通常该数组的数据总数N₁也对应于测量时间长度T₀内所包括的第二多个周期的周期数，每一局部振幅值表示对应一个周期内的振幅。

接下来，可以根据该数组I₁(1)～I₁(N₁)也就是第二多个局部振幅值，基于公式（7）或（8）所示的预定函数关系来计算得到第二多个局部振幅值分别对应的多个时间偏移量。在该预定函数关系为公式（7）所示的实施例中，公式（7）可以变换为下述形式：

$\mathrm{\τ}\left(i\right)={\left(\right|\frac{T_1^2+T_2^2}{\ln 2}\·\ln \frac{I_1\left(i\right)}{I_0}\left|\right)}^{\frac{1}{2}}.---\left(9\right)$

这样，将数组I₁(1)～I₁(N₁)中的各个元素I₁(i)代入公式（9）中，则可以得到对应的时间偏移量τ(i)，得到数列τ(1)～τ(N₁)。最后，计算出数列τ(1)～τ(N₁)的方差δt，δt即为两脉冲序列在测量时间T₀内的时间抖动值，该值表征了两台同步激光器同步精度。

需要注意的是，在调节延时器304使得拍频信号达到预定的中间值时，实际上是赋予了第一脉冲序列与第二脉冲序列之间一整体相对延时。因此，根据公式（9）所获得时间偏移量τ(i)不仅包含了由脉冲抖动造成的脉冲对的局部相对延时，还包含与脉冲抖动无关的整体相对延时。但是，在计算时间抖动值δt时所进行的方差运算实际上消除了该整体相对延时的影响，而使得该时间抖动值δt仅反映脉冲抖动造成的时间偏移量对同步脉冲激光器的同步精度的影响。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种测量同步脉冲激光器的同步精度的方法，其中，所述同步脉冲激光器包括同步的第一脉冲激光器和第二脉冲激光器，分别输出对应的第一脉冲序列和第二脉冲序列；所述方法包括：

叠加光强测量步骤：将所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列进行叠加，并测量叠加后的光强信号；

拍频信号获取步骤：从所述光强信号中过滤出其中的拍频信号；其中，所述拍频信号的振幅随所述第一脉冲序列与所述第二脉冲序列中的对应脉冲之间的时间偏移量而变化；

时间偏移量计算步骤：根据预先确定的所述拍频信号的振幅与所述时间偏移量之间的预定函数关系来计算所述拍频信号中的一振幅值所对应的时间偏移量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述预定函数关系中，所述拍频信号的所述振幅随作为唯一自变量的所述时间偏移量变化。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述预定函数关系中包括一最大振幅值，所述最大振幅值为在所述时间偏移量为零的理想情况下所述拍频信号的振幅。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述时间偏移量为所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列之间的整体相对延时与所述对应脉冲之间由脉冲抖动造成的局部相对延时之和；所述方法还包括最大振幅值获取步骤：

调节所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列之间的所述整体相对延时，使得所述拍频信号的振幅在不考虑由脉冲抖动造成的所述局部相对延时对所述振幅的影响的情况下基本上达到最大值；并且

测量所述拍频信号的第一多个周期分别对应的第一多个局部振幅值，将所述第一多个局部振幅值的平均值作为所述最大振幅值。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，还包括时间抖动测量步骤：

调节所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列之间的所述整体相对延时，使得所述拍频信号的振幅在不考虑脉冲抖动造成的所述局部相对延时对所述振幅的影响的情况下基本上达到不同于所述最大值的一中间值；并且

测量所述拍频信号的第二多个周期分别对应的第二多个局部振幅值，根据所述预定函数关系计算得到所述第二多个局部振幅值分别对应的多个时间偏移量；根据所述多个时间偏移量计算所述第一脉冲序列与所述第二脉冲序列之间的时间抖动值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述时间抖动值为所述多个时间偏移量的方差。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述叠加光强测量步骤中，使用光电探测器来测量所述光强信号；其中，所述光电探测器的响应时间至少是所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列的脉宽的10倍；可选地，所述光电探测器的响应时间为纳秒量级，所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列的脉宽小于皮秒量级。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述中间值由所述振幅随时间偏移量的变化率决定；可选地，所述中间值选择为使所述变化率基本最大的振幅；可选地，所述中间值为所述最大值的0.55-0.65倍；可选地，所述中间值为所述最大值的0.6倍。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，在所述拍频信号获取步骤中，过滤所述光强信号采用的中心频率根据所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列各自的载波包络相移频率之差来确定。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述预定函数关系为I(τ)=I₀f(τ)，其中，τ表示所述时间偏移量，I₀为在τ=0的理想情况下所述拍频信号的最大振幅值，I(τ)为所述时间偏移量为τ时所述拍频信号的振幅；

可选地，在所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列的脉冲包络为高斯型的情况下，所述预定函数关系为其中T₁和T₂分别为所述第一脉冲序列和所述第二脉冲序列的脉冲半高全宽。