CN106959166A - 任意重复频率飞秒激光时间抖动的测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于任意重复频率飞秒激光时间抖动的测量装置。该装置基于平衡互相关法用于测量高重复频率(数十兆赫兹)激光抖动的方法，通过数据采集卡采集电压信号，并通过软件处理提取误差信号，使得该系统成功用于任意重复频率激光器的时间抖动的测量。本发明成功解决了任意重复频率飞秒激光时间抖动的测量问题，具有简单高效和实用性强的特点。

Description

任意重复频率飞秒激光时间抖动的测量装置及方法
技术领域
本发明涉及超快光学领域、非线性光学领域和数字信号处理领域，特别涉及一种任意重复频率飞秒激光时间抖动的测量装置及方法。
背景技术
在超快光学领域和高功率脉冲激光装置领域中，相干合束已被认为是未来提高高功率脉冲激光峰值功率密度的有效方法。飞秒激光相干合束的前提是精确控制光束间的时间抖动，平衡互相关探测方法是目前飞秒激光时间抖动测量的有效方法，具有精度高、测量光路简单和处理方法简单的特点。但是现有的平衡互相关探测方法为模拟电路处理方式，适用于高重复频率飞秒激光(数十MHz)，并不适用于处理MHz以下飞秒激光。然而，在高功率脉冲激光装置领域，相干合束的飞秒激光多为低重复频率(KHz以下)。因此有必要提出低重复频率(KHz以下)飞秒激光的时间抖动信号的探测方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决低重复频率飞秒激光(KHz以下)时间抖动测量。该装置改进了原有的平衡互相关法用于测量高重复频率(数十兆赫兹)激光抖动的方法，通过数据采集卡采集电压信号，并通过软件处理提取误差信号，使得该系统成功用于任意重复频率激光器的时间抖动的测量。本发明成功解决了任意重复频率飞秒激光时间抖动的测量问题，具有简单高效和实用性强的特点。
为了实现上述发明目的，本发明的技术解决方案如下：
通过数据采集卡，将平衡互相关探测法中平衡光电探测器所得电信号进行提取、滤波等处理，从而得到激光的时间抖动信息。
一种用于任意重复频率飞秒激光时间抖动的测量方法，具体步骤如下：
步骤1、调节第二光束，使其经过二分之一波片，调节第一光束和第二光束，使第一光束和第二光束在格兰棱镜处达到空间和时间重合；
步骤2、调节二类倍频非线性晶体的角度，使二类倍频效应最强，产生第一路倍频光；
步骤3、调节双色镜，使剩余基频光再次经过二类倍频非线性晶体，并发生二类倍频效应，产生第二路倍频光；
步骤4、调节高反镜和平衡光电探测器的角度，使第一路和第二路倍频光在平衡光电探测器上的响应相等后，通过平衡光电探测器输出相减电压信号，该相减电压信号包含第一光束和第二光束的时间误差信息；
步骤5、通过数据采集卡对平衡光电探测器输出的相减电压信号进行采集并输送至信号处理模块进行处理，具体步骤如下：
首先，选择采样模式为N采样；
然后，根据第一光束或第一光束重频频率设定采集卡的采样率N，即采样率N＝采集卡的采样频率÷光束重复频率；
最后，将每个采样周期内的信号进行滤波处理，选取最大值，即为所测误差信号。
所述的用于任意重复频率激光时间抖动的测量方法，其特征在于，所述的光电探测器的带宽与第一光束或第二光束的重复频率相匹配。
所述的用于任意重复频率激光时间抖动的测量方法，其特征在于，所述的数据采集卡的采集频率与光电探测器的带宽相匹配，即数据采集卡的最大采样频率大于平衡光电探测器带宽的三倍以上。
所述的用于任意重复频率激光时间抖动的测量方法，所述的信号处理模块采集速率与第一光束或第二光束的重复频率相同。
所述的用于任意重复频率激光时间抖动的测量方法，其特征在于，通过调节第一光束和第二光束的强度，使所述的相减电压信号的强度大于平衡光电探测器噪声信号的强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)解决了目前平衡光电探测方法无法用于MHz以下飞秒激光时间抖动测量的问题，本装置可用于任意重复频率飞秒激光时间抖动的测量；
2)具有信噪比可调，信号无畸变的特点；
3)具有实验操作方便、简单高效和实用性强等特点。
附图说明
图1是本发明任意重复频率飞秒激光时间抖动的测量装置的结构示意图
图2是数据采集和信号处理流程图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
本发明的目的是为了解决低重复频率飞秒激光(KHz以下)时间抖动测量。该装置改进了原有的平衡互相关法用于测量高重复频率(数十兆赫兹)激光抖动的方法，通过数据采集卡采集电压信号，并通过软件处理提取误差信号，使得该系统成功用于任意重复频率激光器的时间抖动的测量。本发明成功解决了任意重复频率飞秒激光时间抖动的测量问题，具有简单高效和实用性强的特点。
一种用于任意重复频率飞秒激光时间抖动的测量装置，具体步骤如下：
步骤1、调节第二光束2，使其经过二分之一波片3，调节第一光束1和第二光束2，使第一光束1和第二光束2在格兰棱镜4处达到空间和时间重合；
步骤2、调节二类倍频非线性晶体6的角度，使二类倍频效应最强，产生第一路倍频光；
步骤3、调节双色镜7，使剩余基频光再次经过二类倍频非线性晶体6，并发生二类倍频效应，产生第二路倍频光；
步骤4、调节高反镜8和平衡光电探测器9的角度，使第一路和第二路倍频光在平衡光电探测器上的响应相等后，通过平衡光电探测器9输出相减电压信号，该相减电压信号包含第一光束1和第二光束2的时间误差信息；
步骤5、通过数据采集卡10对平衡光电探测器9输出的相减电压信号进行采集并输送至信号处理模块11进行处理，具体步骤如下：
首先，选择采样模式为N采样；
然后，根据第一光束1或第一光束2重频频率设定采集卡的采样率N，即采样率N＝采集卡的采样频率÷光束重复频率；
最后，将每个采样周期内的信号进行滤波处理，选取最大值，即为所测误差信号。
以光束重复频率为1000Hz,平衡光电探测器带宽为0.1MHz,噪声为2.0mV，数据采集卡采集速度为2MHz,则程序处理速度为，每1ms从平衡光电探测器采集2000个数据，并提取2000个数据点中的最大值，该最大值即为包含时间抖动信息的数据。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种任意重复频率飞秒激光时间抖动的测量装置，其特征在于，包括第一光束(1)、第二光束(2)、二分之一波片(3)、格兰棱镜(4)、双色镜(5)、二类倍频非线性晶体(6)、双色镜(7)、高反镜(8)、平衡光电探测器(9)、数据采集卡(10)和信号处理模块(11)；
所述的第一光束(1)和第二光束(2)为两束传播方向互相垂直、偏振方向相同、重复频率相同的待测基频光，第二光束(2)经过二分之一波片(3)透射后，与第一光束(1)在格兰棱镜(4)处合束，合束后的光经第一过双色镜(5)透射后，射入二类倍频非线性晶体(6)，并产生第一路倍频光，该第一路倍频光透过第二双色镜(7)入射到平衡光电探测器(9)上，剩余基频光经第二双色镜(7)反射后，射入二类倍频非线性晶体(6)，产生第二路倍频光，该第二路倍频光依次经第一双色镜(5)和高反镜(8)反射后，入射到平衡光电探测器(9)上；
所述的平衡光电探测器(9)的输出端与数据采集卡(10)的输入端相连，该数据采集卡(10)的输出端与信号处理模块(11)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的任意重复频率飞秒激光时间抖动的测量装置，其特征在于，所述的第一双色镜(5)为基频光高透、倍频光高反、入射角度为45°的双色镜，第二双色镜(7)为基频光高反、倍频光高透、入射角度为0°的双色镜。
3.一种任意重复频率飞秒激光时间抖动的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、调节第二光束(2)，使其经过二分之一波片(3)，调节第一光束(1)和第二光束(2)，使第一光束(1)和第二光束(2)在格兰棱镜(4)处达到空间和时间重合；
步骤2、调节二类倍频非线性晶体(6)的角度，使二类倍频效应最强，产生第一路倍频光；
步骤3、调节双色镜(7)，使剩余基频光再次经过二类倍频非线性晶体(6)，并发生二类倍频效应，产生第二路倍频光；
步骤4、调节高反镜(8)和平衡光电探测器(9)的角度，使第一路和第二路倍频光在平衡光电探测器上的响应相等后，通过平衡光电探测器(9)输出相减电压信号，该相减电压信号包含第一光束(1)和第二光束(2)的时间误差信息；
步骤5、通过数据采集卡(10)对平衡光电探测器(9)输出的相减电压信号进行采集并输送至信号处理模块(11)进行处理，具体步骤如下：
首先，选择采样模式为N采样；
然后，根据第一光束(1)或第一光束(2)重频频率设定采集卡的采样率N，即采样率N＝采集卡的采样频率÷光束重复频率；
最后，将每个采样周期内的信号进行滤波处理，选取最大值，即为所测误差信号。
4.根据权利要求3所述的用于任意重复频率激光时间抖动的测量方法，其特征在于，所述的光电探测器(9)的带宽与第一光束(1)或第二光束(2)的重复频率相匹配。
5.根据权利要求3所述的用于任意重复频率激光时间抖动的测量方法，其特征在于，所述的数据采集卡(10)的采集频率与光电探测器(9)的带宽相匹配，即数据采集卡的最大采样频率大于平衡光电探测器带宽的三倍以上。
6.根据权利要求3所述的用于任意重复频率激光时间抖动的测量方法，所述的信号处理模块(11)采集速率与第一光束(1)或第二光束(2)的重复频率相同。
7.根据权利要求3所述的用于任意重复频率激光时间抖动的测量方法，其特征在于，通过调节第一光束(1)和第二光束(2)的强度，使所述的相减电压信号的强度大于平衡光电探测器(9)噪声信号的强度。
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