CN105021294A - 基于非线性相关探测的时间抖动延迟测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于非线性晶体相关探测的高分辨力时间抖动延迟测量装置及方法，该装置包括第一待测脉冲输入接口；第二待测脉冲输入接口；依次设置在第一脉冲传播路径上的时间延迟线和非线性倍频晶体；设置在第二脉冲传播路径上的非线性倍频晶体；非线性倍频晶体基于第一待测脉冲和延时的第二带车脉冲产生倍频相关脉冲；用于采集倍频相关脉冲的光电探头。本发明所述技术方案能够实现对高精度时间同步领域中高分辨力时间抖动延迟测量，测量精度可达1ps，具备分辨力高、结构简单的特点。
Description
技术领域
本发明涉及时间延迟测量，特别是涉及基于非线性相关探测的时间抖动延迟测量装置及方法。
背景技术
随着网络化、信息化的高速推进和高精尖武器装备的飞速发展，以精确导航制导、分布式雷达系统、空间探测、激光聚变技术、相位阵列天线技术、高性能原子钟时间比对、自由电子激光器为代表的先进信息技术领域和前沿科学领域对于高精度时间同步及其性能的评估校准要求不断提升，从原有的毫秒、微秒、亚微秒量级发展到现在的纳秒、亚纳秒甚至皮秒以下量级，这就给高精度时间同步技术带来了新的困难和挑战，而实现高精度时间同步前提和关键就是解决两路时间脉冲序列的高分辨力时间抖动测量问题。传统的测量方法不管是时域还是空域，对任意的变化过程或者空间尺度的测量都需要更快更短的尺度来衡量，但是现有的光电响应器件最快的响应时间通常为纳秒量级，很难达到ps量级测量水平，同时，在时间同步系统中，希望所设计的时间抖动时延测量系统在提高测量能力的同时具备结构简单的特点。因此，现有技术已经无法适应科学研究和技术应用快速发展对时间同步水平越来越高的要求，探索高精度时间同步的新体制、新概念，特别是突破高精度时间抖动延迟的测量技术已经成为国内外研究重点，是高精度时间同步的关键基础之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于非线性相关探测的时间抖动延迟测量装置及方法，解决了高精度时间同步领域中高分辨力时间抖动延迟测量的关键问题。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
基于非线性相关探测的时间抖动延迟测量装置，该装置包括
第一待测脉冲输入接口；
第二待测脉冲输入接口；
依次设置在第一脉冲传播路径上的时间延迟线和非线性倍频晶体；
设置在第二脉冲传播路径上的非线性倍频晶体；
非线性倍频晶体基于第一待测脉冲和延时的第二带车脉冲产生倍频相关脉冲；
用于采集倍频相关脉冲的光电探头。
优选的，该装置进一步包括依次设置在第一待测脉冲输入接口和非线性倍频晶体之间以及时间延迟线和非线性倍频晶体间的第一半透半反镜和第一反射镜。
优选的，该装置进一步包括设置在非线性倍频晶体脉冲入射端的第一聚焦镜。
优选的，该装置进一步包括设置在非线性倍频晶体脉冲出射端的第二聚焦镜。
优选的，该装置进一步包括设置在光电探头采集端的滤波片。
优选的，所述第一待测脉冲和第二待测脉冲的波长相同，波长范围为800-1600mm。
优选的，
所述二次谐波产生介质的工作波长为800-1600mm；
所述时间延迟线的延迟调整分辨力小于1ps。
基于非线性相关探测的时间抖动延迟测量方法，该方法的步骤包括
获取第一待测脉冲和第二待测脉冲；
经过时间延迟线延时的第二待测脉冲和第一待测脉冲输入至非线性倍频晶体，并产生倍频相关脉冲；
倍频相关脉冲经聚焦滤波后，由光电探头接收；
调整时间延迟线，使光电探头的示值达到最大。
优选的，该方法进一步包括由于受到时间抖动延迟，光电探头示值将变小，对时间延迟线进行调整，使光电探头的示值再次达到最大，此时，对时间延迟线的调整量的相反数即为第一待测脉冲和第二待测脉冲之间的时间抖动延迟。
本发明的有益效果如下：
现有时间抖动延迟测量很难达到ps量级，本发明所述技术方案比现有方法测量精度更高，能够实现对高精度时间同步领域中高分辨力时间抖动延迟测量，测量精度可达1ps，具备分辨力高、结构简单的特点。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1示出基于非线性相关探测的时间抖动延迟测量装置的示意图；
图2示出基于非线性相关探测的时间抖动延迟测量方法的示意图。
附图标号
1、第一反射镜，2、时间延迟线，3、第一半透半反镜，4、第二反射镜，5、第一聚焦镜，6、非线性倍频晶体，7、第二聚焦镜，8、滤波片，9、光电探头，A1、第一待测脉冲输入接口，A2、第二待测脉冲输入接口。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明公开了一种基于非线性相关探测的时间抖动延迟测量装置，该装置包括第一反射镜1、时间延迟线2、第一半透半反镜3、第二反射镜4、第一聚焦镜5、非线性倍频晶体6、第二聚焦镜7、滤波片8和光电探头9，以及第一待测脉冲输入接口A1和第二待测脉冲输入接口A2。
第一待测脉冲10利用第一待测脉冲输入接口A1输入测量装置，通过第一半透半反镜3的透射面、第二反射镜4和第一聚焦镜5入射至非线性倍频晶体6；第二待测脉冲11利用第二待测脉冲输入接口A2输入测量装置，通过第一反射镜1、时间延迟线2、第一半透半反镜3的反射面、第二反射镜4和第一聚焦镜5入射至非线性倍频晶体6；第一待测脉冲10和经过时间延迟线的第二待测脉冲11产生倍频相关脉冲，倍频相关脉冲经第二聚焦镜聚焦和滤波片滤去杂波后，由光电探头接收。
本发明进一步公开了一种基于非线性相关探测的时间抖动延迟测量方法，该方法的步骤包括获取第一待测脉冲和第二待测脉冲S1；将经过时间延迟线延时的第二待测脉冲和第一待测脉冲输入至非线性倍频晶体，并产生倍频相关脉冲S2；倍频相关脉冲经聚焦滤波后，由光电探头接收，并显示其示值；调整时间延迟线，使光电探头的示值达到最大。由于受到时间抖动延迟，光电探头示值将变小，因此，该方法的步骤进一步包括对时间延迟线进行调整，使光电 探头的示值再次达到最大，此时，对时间延迟线的调整量的相反数即为第一待测脉冲和第二待测脉冲之间的时间抖动延迟。
下面通过一组实施例对本发明做进一步说明：
一种基于非线性相关探测的时间抖动延迟测量装置，该装置包括第一反射镜1、时间延迟线2、第一半透半反镜3、第二反射镜4、第一聚焦镜5、非线性倍频晶体6、第二聚焦镜7、滤波片8和光电探头9，以及第一待测脉冲输入接口A1和第二待测脉冲输入接口A2。
利用上述装置的一种基于非线性相关探测的时间抖动延迟测量方法，该方法的具体步骤如下：
(1)第一待测脉冲10通过第一半透半反镜3的透镜面、第二反射镜4、由第一聚焦镜5聚焦入射到非线性倍频晶体6上，第二待测脉冲通过第一反射镜1、可变时间延迟线2、第一半透半反镜3的反射面、第二反射镜4、由第一聚焦镜5聚焦入射到非线性倍频晶体6上，第一待测脉冲10和第二待测脉冲11的波长为1550nm，非线性晶体6为倍频工作波长为1550nm的BBO晶体。
(2)第一待测脉冲10和经过时间延迟线的第二待测脉冲11通过非线性倍频晶体6后产生倍频相关脉冲；
(3)该倍频相关脉冲由第二聚焦镜7进行聚焦收集，并通过滤波片8干扰波后由光电探头9对倍频相关脉冲强度进行探测。
(4)第一次调整可变时间延迟线2，使光电探头9的示值最大，可变时间延迟线2的时延调整分辨力为100fs。
(5)再次人为给第一待测脉冲10和第二待测脉冲11之间提供-11ps时间抖动延迟时，光电探头9的示值将变小，第二次调整时间延迟线2，使光电探头9的示值最大，第二次调整时间延迟线2的调整量为+11ps，二次调整时间延迟线2的调整量的相反数-11ps为第一待测脉冲10和第二待测脉冲11之间的时间抖动延迟为-11ps，完成测量。
(6)人为给第一待测脉冲10和第二待测脉冲11之间的间抖动延迟增加1ps，变为-10ps，光电探头9的示值与时间抖动延迟为0是的示值相比将变小，第三次调整时间延迟线2，使光电探头9的示值最大，第二次调整时间延迟线2的调整量为+10ps，二次调整时间延迟线2的调整量的相反数-10ps为第一待测脉冲10和第二待测脉冲11之间的时间抖动延迟，完成测量。该测试显示一 种基于非线性相关探测的高分辨力时间抖动延迟测量装置的时间抖动延迟的测量分辨力最佳可达1ps，可以保证高精度的同时对时间抖动延迟进行测量。
综上所述，本发明所述技术方案能够实现对高精度时间同步领域中高分辨力时间抖动延迟测量，测量精度最佳可达1ps，具备分辨力高、结构简单的特点。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (9)
1.基于非线性相关探测的时间抖动延迟测量装置，其特征在于，该装置包括
第一待测脉冲输入接口；
第二待测脉冲输入接口；
依次设置在第一脉冲传播路径上的时间延迟线和非线性倍频晶体；
设置在第二脉冲传播路径上的非线性倍频晶体；
非线性倍频晶体基于第一待测脉冲和延迟的第二带车脉冲产生倍频相关脉冲；
用于采集倍频相关脉冲的光电探头。
2.根据权利要求1所述的时间抖动延迟测量装置，其特征在于，该装置进一步包括
设置在第二待测脉冲输入接口和时间延迟线之间的第一反光镜；
依次设置在第一待测脉冲输入接口和非线性倍频晶体之间以及时间延迟线和非线性倍频晶体间的第一半透半反镜和第二反射镜。
3.根据权利要求1所述的时间抖动延迟测量装置，其特征在于，该装置进一步包括设置在非线性倍频晶体脉冲入射端的第一聚焦镜。
4.根据权利要求1所述的时间抖动延迟测量装置，其特征在于，该装置进一步包括设置在非线性倍频晶体脉冲出射端的第二聚焦镜。
5.根据权利要求1所述的时间抖动延迟测量装置，其特征在于，该装置进一步包括设置在光电探头采集端的滤波片。
6.根据权利要求1所述的时间抖动延迟测量装置，其特征在于，所述第一待测脉冲和第二待测脉冲的波长相同，波长范围为800-1600mm。
7.根据权利要求1所述的时间抖动延迟测量装置，其特征在于，
所述二次谐波产生介质的工作波长为800-1600mm；
所述时间延迟线的延迟调整分辨力小于1ps。
8.基于非线性相关探测的时间抖动延迟测量方法，其特征在于，该方法的步骤包括
获取第一待测脉冲和第二待测脉冲；
经过时间延迟线延时的第二待测脉冲和第一待测脉冲输入至非线性倍频晶体，并产生倍频相关脉冲；
倍频相关脉冲经聚焦滤波后，由光电探头接收；
调整时间延迟线，使光电探头的示值达到最大。
9.根据权利要求8所述的时间抖动延迟测量方法，其特征在于，该方法进一步包括由于受到时间抖动延迟，光电探头示值将变小，对时间延迟线进行调整，使光电探头的示值再次达到最大，此时，对时间延迟线的调整量的相反数即为第一待测脉冲和第二待测脉冲之间的时间抖动延迟。
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