CN104459369A - 测量电信号在金属导线中传输速度的方法及实现装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用飞秒激光时间分辨光谱测量电信号在金属导线中传输速度的方法及实现装置，其基于对瞬态过程的时间分辨测量电信号在导线中的传输速度，具有数据采集速度快、工作效率高、测量误差小的强大优势。具体的：利用时间分辨光谱的方法使得分辨率达到ps量级，接近其自身抖动，进而大大减小测量本身的误差；采用电信号和光脉冲信号的同步方法可以得到ps到us量级的时间延迟，数据采集速度快，大大提高了工作效率；基于时间分辨光谱的测量依赖瞬态光谱仪的超快曝光时间，其快门从开到关的过程最少可以达到2ns，再加上超精细的延迟调节功能，可使得测量精度达到几十ps量级。

Description

测量电信号在金属导线中传输速度的方法及实现装置

技术领域

本发明属于飞秒激光测速领域，尤其涉及一种利用飞秒激光时间分辨光谱测量电信号在金属导线中传输速度的方法及装置。

背景技术

现有技术中，研究电信号在金属导线中的传输速度的测量方法如：泵浦探测方法。但是该方法只能用于小尺度的延迟系统，并且数据采集时间较慢。

而一般的测量电信号的方法由于电信号自身的不稳定性，如电信号的抖动在ps量级，以及测量仪器的限制，具有误差较大的严重缺陷。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种利用飞秒激光时间分辨光谱测量电信号在金属导线中传输速度的方法及实现装置，其基于对瞬态过程的时间分辨测量电信号在导线中的传输速度，具有数据采集速度快、工作效率高、测量误差小的强大优势。

本发明的测量电信号在金属导线中传输速度的方法，其包括以下步骤：

步骤1，对飞秒激光放大器输出的电信号进行监测，当监测到所述电信号的脉冲处于上升沿的最陡峭一点时，将该点的电压值作为瞬态光谱仪的触发电平；

步骤2，调节所述电信号的脉冲延迟时间，直到检测到飞秒激光脉冲，此时所述飞秒激光脉冲处于所述瞬态光谱仪的快门开启时刻，检测在快门延迟过程中从快门开启时刻到快门关闭时刻的飞秒激光光谱信号，并记录此时电信号的延迟量，将其作为计时零点t₀；

步骤3，增加传输所述电信号的金属导线长度L，以步骤2的方法调节所述电信号的脉冲延迟时间，使得飞秒激光脉冲再次处于所述瞬态光谱仪的快门开启时刻，记录此时电信号的延迟量，计时t₁；

步骤4，利用所述计时零点t₀和所述延迟量t₁获得增加的金属导线中电信号的传输时间(t₁-t₀),从而获得增加的金属导线中电信号的传输速度V₁＝L/(t₁-t₀)；

步骤5，重复步骤3并记录每次快门延迟时间t_n，利用步骤4的方法测得金属导线中的电信号传输速度V_n＝L/(t_n-t_n-1),利用V’＝(V₁+…+V_n-1+V_n)/n(n＝1,2,…)求平均值获得电信号在金属导线中的传输速度V’。

进一步的，本发明的测量电信号在金属导线中传输速度的方法还包括：

步骤6，改变步骤2中所述瞬态光谱仪的从快门开启时刻到快门关闭时刻的快门门宽，利用步骤3至步骤5测量不同快门门宽下金属导线中电信号的传输速度。

进一步的，所述步骤2中每次调节所述脉冲延迟时间的延迟量为所述瞬态光谱仪的快门门宽。

进一步的，所述瞬态光谱仪的快门门宽初始设置值为2ns。

进一步的，所述步骤3中每次增加的金属导线长度L为3米。

本发明还提供一种测量电信号在金属导线中传输速度的方法的实现装置，其包括：

飞秒激光放大器，反射面，第一球形透镜，滤波片，第二球形透镜，光纤，瞬态光谱仪，以及金属导线；

所述飞秒激光放大器，被所述瞬态光谱仪探测到的飞秒激光脉冲；

所述反射面，用于将飞秒激光脉冲反射至所述第一球形透镜；

所述第一球形透镜，用于收集飞秒激光脉冲使其进入所述滤波片；

所述滤波片，用于滤掉飞秒激光脉冲中的干扰光,只通过飞秒激光中心波长的光；

所述第二球形透镜，用于将滤除干扰后的飞秒激光脉冲收集，使其进入所述光纤；

所述光纤，用于把收集到的电信号传输到所述瞬态光谱仪；

所述瞬态光谱仪，用于探测成像光脉冲信号；

所述金属导线，用于将所述飞秒激光放大器的电信号传输到所述瞬态光谱仪，触发所述瞬态光谱仪工作。

进一步的，将所述电信号接到示波器上，通过所述示波器检测电信号的幅值、脉宽以及脉冲的稳定性。

本发明的有益效果在于：

本发明利用时间分辨光谱的方法使得分辨率达到ps量级，接近其自身抖动，进而大大减小测量本身的误差。

本发明采用电信号和光脉冲信号的同步方法可以得到ps到us量级的时间延迟，数据采集速度快，大大提高了工作效率。

本发明基于时间分辨光谱的测量依赖瞬态光谱仪的超快曝光时间，其快门从开到关的过程最少可以达到2ns，再加上超精细的延迟调节功能，可使得测量精度达到几十ps量级。

附图说明

图1是本发明的测量电信号在金属导线中传输速度的方法的实现装置示意图。

图2是本发明的测量电信号在金属导线中传输速度的方法的飞秒激光时间分辨光谱示意图。

具体实施方式

图1是本发明的测量电信号在金属导线中传输速度的方法的实现装置示意图。本发明测量电信号在金属导线中传输速度的装置图。如图1所示，本装置包括：飞秒激光放大器1，反射面2，第一球形透镜3，滤波片4，第二球形透镜5，光纤6，瞬态光谱仪7，金属导线8。

飞秒激光放大器1，产生一个超短的可被瞬态光谱仪7探测到的飞秒激光脉冲；

反射面2，将飞秒激光脉冲反射至第一球形透镜3；

第一球形透镜3，用于收集飞秒激光脉冲,使其进入滤波片4；

滤波片4，用于滤掉飞秒激光脉冲中其他成分的光的干扰,只通过800nm(飞秒激光中心波长)的光，避免其他成分的干扰；

第二球形透镜5，用于将滤除干扰后的飞秒激光脉冲收集，使其进入光纤6；

光纤6，用于把收集到的电信号传输到瞬态光谱仪7；

瞬态光谱仪7，用于探测成像光脉冲信号；

金属导线8，用于将飞秒激光放大器1的电信号传输到瞬态光谱仪7，触发瞬态光谱仪7工作。

最主要的是瞬态光谱仪ICCD，其最大特点就是超短的曝光时间。因为瞬态光谱仪ICCD，本装置最小曝光时间可以达到2ns。

飞秒激光放大器1的飞秒激光脉冲和飞秒激光电脉冲触发信号是精确同步的，将该电脉冲信号用于触发ICCD就可以实现飞秒激光的时间分辨光谱测量。

通过控制电脉冲信号的延迟，利用增加金属导线长度的方法，使飞秒激光脉冲和电脉冲信号同步，这样就可以得到增加的金属导线引起的电脉冲信号的延迟时间，进而测得电信号的速度。

本发明提供了一种测量电信号在金属导线中传输速度的方法，包括：

步骤1，对与飞秒激光同步的电信号进行监测，监测到电信号的脉冲上升沿中最陡峭一点时，将该点的电压值作为瞬态光谱仪ICCD的触发电平。具体的实现方法是：

将飞秒激光同步的电信号接到示波器上，通过示波器检测电信号的幅值、脉宽以及脉冲的稳定性。

在电脉冲上升沿取最陡峭一点的电压值作为瞬态光谱仪ICCD的触发电平目的是：使得ICCD的触发更加精准，减小误差。

步骤2，调节电信号的脉冲延迟时间，使得脉冲延迟时间的开始值和结束值的差值为ICCD快门门宽，每次调节电信号的延迟量为快门的门宽，此时快门的开启时间滞后量正好为快门的门宽，不断地以相同的量调节电信号的延迟，直到检测到飞秒脉冲信号(即飞秒激光的脉冲处于ICCD快门开启时刻)，此时认为电信号和飞秒激光脉冲正好同步，并将ICCD快门的门宽设置到2ns(此为初始值)；

调节对电触发脉冲的延迟时间的开始值和结束值，使得延迟的差值为ICCD快门门宽。

设置测量的光谱数，即在这个延迟差值范围内测量的光谱数，两幅光谱之间的时间分辨为延迟的差值除以光谱数，此时，快门门宽为2ns，电触发信号延迟差值为2ns。

微调电信号的延迟时间，使得激光脉冲处在快门开启时刻，在快门的延迟过程中飞秒激光脉冲从快门开启时刻，一直到快门关闭时刻，如图2所示，为测得的飞秒激光光谱信号，记录此时电信号的延迟量，作为计时零点t₀。

步骤3，增加传输所述电信号的金属导线长度(增加长度为L)，同样不断调节(调节量为ICCD快门宽度，)电信号的脉冲延迟时间，使得飞秒激光的脉冲再次处于ICCD快门开启的时刻，此时记录电信号延迟量t₁，因此增加的导线中电信号的传输时间为t₁-t₀,就可以得到增加的金属导线中电信号的传输时间和金属导线中电信号传输速度V₁＝L/(t₁-t₀)；

改变金属导线的长度，每次增加3米，然后调节电信号的脉冲延迟时间，使得飞秒激光的脉冲再次处于ICCD快门开启的时刻，具体体现在测量的时间分辨光谱上形状如图2所示，并记录每次快门延迟时间t_n，最终测得金属导线中的电信号传输速度V_n＝3/(t_n-t_n-1),求平均值V＝(V₁+…+V_n-1+V_n)/n(n＝1,2,…)。

步骤4，改变ICCD快门门宽，测量不同ICCD快门门宽下金属导线中电信号的传输速度，通过多个传输速度求平均得到电信号在金属导线中的最终传输速度。求平均值目的在于提高测量精度，通过多个门宽的测量值求平均得到最后结果。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，举凡熟悉此项技艺的专业人士。在了解本发明的技术手段之后，自然能依据实际的需要，在本发明的教导下加以变化。因此凡依本发明申请专利范围所作的同等变化与修饰，都应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种测量电信号在金属导线中传输速度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对飞秒激光放大器输出的电信号进行监测，当监测到所述电信号的脉冲处于上升沿的最陡峭一点时，将该点的电压值作为瞬态光谱仪的触发电平；

步骤2，调节所述电信号的脉冲延迟时间，直到检测到飞秒激光脉冲，此时所述飞秒激光脉冲处于所述瞬态光谱仪的快门开启时刻，检测在快门延迟过程中从快门开启时刻到快门关闭时刻的飞秒激光光谱信号，并记录此时电信号的延迟量，将其作为计时零点t₀；

步骤3，增加传输所述电信号的金属导线长度L，以步骤2的方法调节所述电信号的脉冲延迟时间，使得飞秒激光脉冲再次处于所述瞬态光谱仪的快门开启时刻，记录此时电信号的延迟量，计时t₁；

步骤4，利用所述计时零点t₀和所述延迟量t₁获得增加的金属导线中电信号的传输时间(t₁-t₀),从而获得增加的金属导线中电信号的传输速度V₁＝L/(t₁-t₀)；

步骤5，重复步骤3并记录每次快门延迟时间t_n，利用步骤4的方法测得金属导线中的电信号传输速度V_n＝L/(t_n-t_n-1),利用V’＝(V₁+…+V_n-1+V_n)/n(n＝1,2,…)求平均值获得电信号在金属导线中的传输速度V’。

2.如权利要求1所述的测量电信号在金属导线中传输速度的方法，其特征在于，还包括：

步骤6，改变步骤2中所述瞬态光谱仪的从快门开启时刻到快门关闭时刻的快门门宽，利用步骤3至步骤5测量不同快门门宽下金属导线中电信号的传输速度。

3.如权利要求1所述的测量电信号在金属导线中传输速度的方法，其特征在于，所述步骤2中每次调节所述脉冲延迟时间的延迟量为所述瞬态光谱仪的快门门宽。

4.如权利要求1所述的测量电信号在金属导线中传输速度的方法，其特征在于，所述瞬态光谱仪的快门门宽初始设置值为2ns。

5.如权利要求1所述的测量电信号在金属导线中传输速度的方法，其特征在于，所述步骤3中每次增加的金属导线长度L为3米。

6.一种测量电信号在金属导线中传输速度的方法的实现装置，其特征在于，包括：

飞秒激光放大器，反射面，第一球形透镜，滤波片，第二球形透镜，光纤，瞬态光谱仪，以及金属导线；

所述飞秒激光放大器，被所述瞬态光谱仪探测到的飞秒激光脉冲；

所述反射面，用于将飞秒激光脉冲反射至所述第一球形透镜；

所述第一球形透镜，用于收集飞秒激光脉冲使其进入所述滤波片；

所述滤波片，用于滤掉飞秒激光脉冲中的干扰光,只通过飞秒激光中心波长的光；

所述第二球形透镜，用于将滤除干扰后的飞秒激光脉冲收集，使其进入所述光纤；

所述光纤，用于把收集到的电信号传输到所述瞬态光谱仪；

所述瞬态光谱仪，用于探测成像光脉冲信号；

所述金属导线，用于将所述飞秒激光放大器的电信号传输到所述瞬态光谱仪，触发所述瞬态光谱仪工作。

7.如权利要求6所述的测量电信号在金属导线中传输速度的方法的实现装置，其特征在于，将所述电信号接到示波器上，通过所述示波器检测电信号的幅值、脉宽以及脉冲的稳定性。