CN104330157A - 一种窄脉宽激光微峰值功率密度测试仪及方法 - Google Patents

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李昌立
樊宪堂
王頔
李金泉
王治洋
刘增
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Changchun University of Science and Technology
Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
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Changchun University of Science and Technology
Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
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Abstract

本发明公开了一种窄脉宽激光微峰值功率密度测试仪及方法，该测试仪包括光电探测器(101)，多级放大滤波电路(102)，TDS3000系列示波器(103)和计算机控制模块(104)。本发明采用高频示波器进行信号采集，采用专用软件进行数据处理，最终实现1μW/cm2～2.54mW/cm2峰值功率密度和10ns以上脉宽的窄脉宽微激光信号的计量。

Description

一种窄脉宽激光微峰值功率密度测试仪及方法
技术领域
本发明属于光计量技术领域，涉及一种窄脉宽激光微峰值功率密度测试仪及方法方法。
背景技术
近年来，随着激光技术的发展和激光应用领域的拓宽，激光制导、激光测距、激光通信和激光遥感等产品的问世，经远距离传输和目标漫反射的ns级脉冲宽度和峰值功率密度在μW/cm2量级的窄脉冲弱激光信号的特性和检测技术研究日益受到重视。
目前，对微弱激光信号的计量，中国专利(CN200910089555、CN200910089556.1、CN201010606030.9)公布了一款利用凸-凸-凹结构，口径252mm以上光学系统的激光微能量计，其最小可以实现1.96fJ/cm2的信号检测，但是该系统具有庞大的光学系统和调整机构，无法实现室外外场信号的便捷计量，更无法实现10ns级脉冲宽度和频率信息的计量。
国际上，已有的激光功率计测试范围可以达到pw量级，由美国热电公司研制，但是只能测试连续和准连续信号，无法实现低频窄脉冲宽度信号的检测，更无法实现窄脉冲宽度的测试。不适用于激光测距机、制导、通信和遥感等信号的检测。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种窄脉宽激光微峰值功率密度测试仪及方法，该仪器通过光电转换、放大，信号采集和处理，最终解决窄脉宽微弱激光信号的计量，采用高灵敏度的探测器和前置放大器进行光电转换。其具体技术方案为：
一种窄脉宽激光微峰值功率密度测试仪，包括光电探测器101，多级放大滤波电路102，TDS3000系列示波器103和计算机控制模块104。
一种窄脉宽激光微峰值功率密度测试方法，包括以下步骤：经远距离传输和目标漫反射的ns级脉冲宽度和峰值功率密度在μW/cm2量级的窄脉冲弱激光信号打到光电探测器101上，通过光电转换，将微弱光信号转化成弱电信号，通过多级放大滤波电路102对信号进行放大和滤波，在TDS3000系列示波器103上显示，同时基于LAN通信协议，通过网口将信号送入计算机，利用自制专用计算机控制模块104进行实时显示和处理，实现微弱激光信号脉冲波形、峰值功率密度、脉冲宽度等的显示。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用高频示波器进行信号采集，采用专用软件进行数据处理，最终实现1μW/cm2～2.54mW/cm2峰值功率密度和10ns以上脉宽的窄脉宽微激光信号的计量。
附图说明
图1为窄脉宽激光微峰值功率密度测试仪的结构图；
图2为窄脉宽激光微峰值功率密度测试方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
本发明的窄脉宽激光微峰值功率密度测试仪100，包括光电探测器101、多级放大滤波电路102，TDS3000系列示波器103和计算机控制模块104等组成，如图1所示。其中光电探测器100为光敏面小于1.0mm的Si基或InGaAs基PIN光电探测器；多级放大滤波电路102为总的增益大于50dB，且具有滤波网络，实现微弱信号的放大和滤波，同时，具有快速响应的特点，上升沿和下降沿均小于5ns；TDS3000系列示波器103须具有网络传输协议，比如TDS3034B，TDS3034C等；计算机控制模块104是专门为本发明研制的控制、计算和分析软件，具有微弱激光波形显示、脉冲宽度测试和峰值功率测试等主要功能，同时具有存储控制、端口设置、时间和电压基准设置等辅助功能。
计算机控制模块104基于LabVieW 2012编制，根据窄脉宽激光微峰值功率密度测试仪100的工作原理和应用背景，程控软件的工作流程200如图2所示。程序开始运行201，通过通道设置，选择示波器通道，与TDS3000系列示波器103进行通信，在控制模块104的主显示区，进行激光信号波形显示，根据显示的信息，提取信号特征，并进行数据处理204，显示待测激光信号的峰值功率密度和脉冲宽度205，根据需要，进行数据保存及其他操作206，依次循环，直至测试完毕，程序结束运行207。
窄脉宽激光微峰值功率密度的测试是采用上述窄脉宽激光微峰值功率密度测试仪进行的，具体操作步骤如下：
(1)开启多级放大滤波电路102，TDS3000系列示波器103和计算机104的电源，调用并开启专用程序200，。
(2)将光电探测器101的光敏面对准待测激光信号，并保证光电探测器101光敏面的法线尽可能与待测激光信号平行。
(3)根据专用程序200显示的待测激光信号的信号特征，得到待测激光信号的峰值功率和脉冲宽度，再根据光电探测器101的光敏面尺寸，给出待测激光信号的峰值功率密度。
(4)根据需要，进行数据存储，存储项包括当前专用程序200显示界面的待测激光信号波形、峰值功率密度、脉冲宽度，以及示波器103的横时间和纵幅值信息。
(5)关闭专用程序200、多级放大滤波电路102、TDS3000系列示波器103和计算机(104)的电源。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种窄脉宽激光微峰值功率密度测试仪，其特征在于，包括光电探测器(101)，多级放大滤波电路(102)，TDS3000系列示波器(103)和计算机控制模块(104)。
2.一种窄脉宽激光微峰值功率密度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：经远距离传输和目标漫反射的ns级脉冲宽度和峰值功率密度在μW/cm2量级的窄脉冲弱激光信号打到光电探测器(101)上，通过光电转换，将微弱光信号转化成弱电信号，通过多级放大滤波电路(102)对信号进行放大和滤波，在TDS3000系列示波器(103)上显示，同时基于LAN通信协议，通过网口将信号送入计算机，利用自制专用计算机控制模块(104)进行实时显示和处理，实现微弱激光信号脉冲波形、峰值功率密度、脉冲宽度的显示。
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