CN109489838A - 一种高精度脉冲时域抖动特性测定方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高精度脉冲时域抖动特性测定方法，包括以下步骤：用两台相向发射的激光器建立脉冲双向传递光路；对所述脉冲的时域延迟偏差的测量精度进行量化；对所述脉冲相对于理想脉冲的时域延迟偏差进行测量：ΔTk(k＝1,2分别表示双向测量结果)；根据所述测量结果，计算出所述脉冲的时域抖动。本申请解决现有技术的测量过程过于复杂和测量结果的高噪声问题。
Description
技术领域
本申请涉及激光技术领域，尤其涉及一种高精度脉冲时域抖动特性测定方法。
背景技术
随着锁模激光飞秒脉冲产生技术的迅猛发展，对于其优异的时域稳定特性的高精密测量也提出了更高要求。常用测量方法包括直接时序探测与时序延迟测量。其中，直接时序探测采用光电转换方式，输出射频波段脉冲重复频率信号。此信号直接送入电学相位噪声谱分析仪可直接给出脉冲的相位噪声谱，进而计算出激光脉冲时域抖动指标。然而，此方法测量精度为ps量级，主要受限于光电转换过程中的附加噪声及谱分析仪的探测极限，其极大地限制相位噪声谱的噪声底。时序延迟测量方法采用光学脉冲相关方式，可将测量精度提升至fs量级。激光脉冲在时域内发生抖动，会使脉冲相关信号的幅度发生变化，对此信号作频谱分析，便可获得脉冲时间抖动指标。不过，此方法须预先标定相关信号幅度与时间抖动的线性对应关系，并且在评估测量中需要使激光脉冲完全重合。
发明内容
本申请实施例提供一种高精度脉冲时域抖动特性测定方法，解决现有技术的测量过程过于复杂和测量结果的高噪声问题。
本申请实施例提供一种高精度脉冲时域抖动特性测定方法，包括以下步骤：
建立激光脉冲的双向共路传递光路；
对所述双向共路传递光路设置频率差Δfrep；
对所述激光脉冲单向传递的时域延迟偏差进行测量：ΔTk，k＝1,2分别表单向测量结果；
计算出所述激光脉冲的时域抖动：为第i个所述时域延迟偏差测量的时间节点的时域抖动，i为大于0的整数；再根据ΔT(i)计算出不同平均时间下，双向光路激光脉冲的时域抖动。
优选的，本申请的方法中，通过调整频率差Δfrep对所述时域延迟偏差的测量精度进行设置：激光脉冲的相对扫描步长ΔTrep＝1/frep-1/(frep+Δfrep)，frep为所述激光脉冲频率。
优选的，本申请的方法中，所述时域延迟偏差的测量，是在所述激光脉冲扫描产生周期性的重合时刻，实际重合时刻与理想重合时刻的偏差，ΔTk，k＝1,2。
优选的，本申请的方法中，用两台相向发射的激光器建立所述脉冲双向共路传递光路。
优选的，本申请的方法中，所述激光脉冲的双向共路传递光路是对称光路。
优选的，本申请的方法中，用Allan标准差计算公式，计算出不同平均时间下双向光路激光脉冲的时域抖动m为大于1的整数。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：在保证fs量级高精度测量的前提下，避免预先标定与光路配置中的脉冲重合要求，简化测量过程；同时采用脉冲双向传播互相测量，可提高测量精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为一种高精度脉冲时域抖动特性测定方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1为一种高精度脉冲时域抖动特性测定方法的流程图。
本申请实施例1提供一种高精度脉冲时域抖动特性测定方法，至少包括以下步骤：
步骤11、建立激光脉冲的双向共路传递光路；
步骤12、对所述双向共路传递光路设置频率差Δfrep；
步骤13、对所述激光脉冲单向传递的时域延迟偏差进行测量：ΔTk，k＝1,2分别表示单向测量结果；
步骤14、计算出所述激光脉冲的时域抖动：
为第i个所述时域延迟偏差测量的时间节点的时域抖动，i为大于0的整数；再根据ΔT(i)计算出不同平均时间下，双向光路激光脉冲的时域抖动。
例如，在步骤11中，借鉴卫星双向时间频率传递技术，建立脉冲激光的双向共路传递光路，使双向脉冲历经相同的路径变化影响，尽可能降低噪声。在步骤12中，设定双向光路具有微小的重复频率差异，从而使脉冲周期对应产生微小差异。由此，双向光路的脉冲在时间域内产生相对扫描。在步骤13中，实际脉冲相对理想脉冲的时延存在偏差(ΔTk，k＝1,2)，此偏差既包含激光器之间的时域抖动，也包含传输路径延迟变化。在双向时延偏差测量中，每侧的数据采集设备必须参考至本地脉冲激光器。在脉冲时域延迟变化探测过程中，可通过数据点拟合，将时延测量精度提升至脉冲扫描步长(ΔTrep)以下。在步骤14中，利用单向脉冲传递的时延偏差(ΔTk，k＝1,2)解算激光器的时域抖动ΔT。ΔT的生成周期等于1/Δfrep，因此，测量刷新率可达kHz水平。
ΔT解算公式如下
采用双向互测方式，可消除传输路径延迟变化的影响，提高测量精度。再用ΔT可计算出不同平均时间下，双向光路的时域相对稳定性。
作为本发明进一步优化的实施例，在步骤12中，测量精度是由所述激光器输出脉冲的相对扫描步长来量化的。设定双向光路具有微小的重复频率差异，从而使脉冲周期对应产生微小差异。由此，双向脉冲在时间域内产生相对扫描。扫描步长可达到fs量级水平，此为高精度飞秒脉冲时域抖动特性测量的关键。例如，对于重复频率(frep)为100MHz，重复频率差为(Δfrep)1kHz的对称传递飞秒激光脉冲序列，扫描步长(ΔTrep)可达到1/frep-1/(frep+Δfrep)≈100fs。减小重复频率差，可缩短扫描步长，进一步提升脉冲时间延迟测量精度。
作为本发明进一步优化的实施例，在步骤13中，时域延迟偏差ΔTk的测量是在所述脉冲扫描产生周期性的重合时刻，实际重合时刻与与理想重合时刻的偏差。例如，根据脉冲扫描会产生周期性的重合与分离，当脉冲重合时，采用光学脉冲相关探测技术产生标记信号，例如，标记信号由偏硼酸钡(α-BBO)或周期极化磷酸氧钛钾(PPKTP)晶体产生。此标记信号的峰值时刻(Tk，k＝1,2，分别表示双向测量结果)即为脉冲时域严格重合时刻。由于本方法中利用时域离散的飞秒脉冲，在实际中，脉冲重合时刻相对理想重合时刻存在偏差(ΔTk，k＝1,2)，此偏差既包含激光器之间的时域抖动，也包含传输路径延迟变化。
作为本发明进一步优化的实施例，在步骤11中用两台相向发射的激光器建立所述脉冲双向共路传递光路。在双向时延变化测量中，每侧的数据采集设备参考至本地脉冲激光器。
作为本发明进一步优化的实施例，所述激光脉冲的双向共路传递光路是对称光路，有效消除脉冲传递路径变化引入的误差。
作为本发明进一步优化的实施例，在步骤14中，用Allan标准差计算公式，计算出不同平均时间下双向光路激光脉冲的时域抖动：
其中m为大于1的整数用双向互测方式。
例如，利用单向脉冲传递的时延偏差(ΔTk，k＝1,2)解算激光器的时域抖动ΔT。ΔT的生成周期等于1/Δfrep，因此，测量刷新率可达kHz水平。
ΔT解算公式如下
采用双向互测方式，可消除传输路径延迟变化的影响，提高测量精度。利用Allan标准差计算公式，可计算出不同平均时间下，两台激光器的时域相对稳定性。。
需要说明的是，本发明方法无须进行预先系统标定，可直接测量时间抖动特性，简化实验步骤。由于人为设定脉冲重复频率差异，使得脉冲之间相互扫描，自动实现脉冲周期性重合，避免繁琐的光路精确调节。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (6)
1.一种高精度脉冲时域抖动特性测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立激光脉冲的双向共路传递光路；
对所述双向共路传递光路设置频率差Δfrep；
对所述激光脉冲单向传递的时域延迟偏差进行测量：ΔTk，k＝1,2分别表示单向测量结果；
计算出所述激光脉冲的时域抖动：为第i个所述时域延迟偏差测量的时间节点的时域抖动，i为大于0的整数；再根据ΔT(i)计算出不同平均时间下，双向光路激光脉冲的时域抖动。
2.如权利要求1所述的高精度脉冲时域抖动特性测定方法，其特征在于，通过调整频率差Δfrep对所述时域延迟偏差的测量精度进行设置：激光脉冲的相对扫描步长ΔTrep＝1/frep-1/(frep+Δfrep)，frep为所述激光脉冲频率。
3.如权利要求1所述的高精度脉冲时域抖动特性测定方法，其特征在于，所述时域延迟偏差的测量，是在所述激光脉冲扫描产生周期性的重合时刻，实际重合时刻与理想重合时刻的偏差，ΔTk，k＝1,2。
4.如权利要求1所述的高精度脉冲时域抖动特性测定方法，其特征在于，用两台相向发射的激光器建立所述脉冲双向共路传递光路。
5.如权利要求1所述的高精度脉冲时域抖动特性测定方法，其特征在于，所述激光脉冲的双向共路传递光路是对称光路。
6.如权利要求1所述的高精度脉冲时域抖动特性测定方法，其特征在于，用Allan标准差计算公式，计算出不同平均时间下双向光路激光脉冲的时域抖动m为大于1的整数。
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