CN109506792A - 一种单发次自相关仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单发次自相关仪。被测的超快激光脉冲平行光束经过两个分光镜后分成三路，分别从水平、垂直方向以相同角度入射到非线性晶体上实现倍频转换，产生三束单发次自相关信号，利用两个延迟调节器调节其中两路基频光束的光程，获得三个不同时间延迟的自相关信号，扩宽了时间测量范围。本发明的自相关仪成本低、结构简单，调节方便，只需旋转非线性晶体，就可实现对任意偏振态的入射超快脉冲的自相关信号测量。
Description
技术领域
本发明属于超快脉冲激光测试技术领域，具体涉及一种单发次自相关仪。
背景技术
目前超短激光脉冲对比度和脉宽的测量主要采用相关法。中国专利文献库公开了名称为“高功率超短激光脉冲对比度测量装置”的实用新型专利（专利号：ZL200720077677.0），该专利通过非共线谐波转换获得三阶相关信号的方法测量脉冲对比度，由于采用平板玻璃多次透射分光的方法，只能获得脉冲波形上几个特定时间区域的对比度信息；中国专利文献库公开了名称为“单发次超短激光脉冲对比度测量装置”的发明专利（专利号：ZL200910263670.1），该专利通过对产生的三阶相关信号进行主脉冲与预脉冲分区测量的方法获得对比度信息。这些测量装置要求被测激光束具有特定的偏振态，且受限于晶体尺寸，只能测量脉宽约十皮秒范围内的对比度信息。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种单发次自相关仪。
本发明的单发次自相关仪，其特点是：所述的单发次自相关仪，在超快激光脉冲平行光束入射方向上设置有分光镜Ⅰ；激光脉冲通过分光镜Ⅰ分成透射光和反射光；在分光镜Ⅰ的反射光路设置有反射镜Ⅰ和非线性晶体，在分光镜Ⅰ的透射光路设置有分光镜Ⅱ；分光镜Ⅰ的反射光经反射镜Ⅰ反射后投射到非线性晶体，分光镜Ⅰ的透射光经分光镜Ⅱ分成透射光和反射光；在分光镜Ⅱ的透射光路设置有反射镜Ⅱ、延迟调节器Ⅰ、反射镜Ⅲ和非线性晶体，在分光镜Ⅱ的反射光路设置有延迟调节器Ⅱ、导光镜组和非线性晶体；分光镜Ⅱ的透射光经反射镜Ⅱ反射后投射到延迟调节器Ⅰ进行光程调节，从延迟调节器Ⅰ出射的光束经反射镜Ⅲ反射后投射到非线性晶体，分光镜Ⅱ的反射光经延迟调节器Ⅱ进行光程调节后投射到导光镜组进行光路偏转，从导光镜组出射的光束斜向下投射到非线性晶体；从反射镜Ⅰ反射的水平基频光束、从反射镜Ⅲ反射的水平基频光束、以及从导光镜组斜向下出射的基频光束同时投射到非线性晶体，所述的三路空间基频光束在非线性晶体中心区域相交，在相交区域实现频率转换，产生三路空间倍频光束，分别沿三路空间基频光束方向形成的三个角平分线方向输出；在非线性晶体后设置有衰减滤波片，吸收剩余的基频光束；在衰减滤波片后沿三路空间倍频光束方向分别设置有CCDⅠ、CCDⅡ和CCDⅢ，分别接收来自非线性晶体的三路空间倍频光束，CCDⅠ、CCDⅡ和CCDⅢ接收的即为不同延迟的自相关信号；CCDⅠ、CCDⅡ和CCDⅢ外接计算机，来自CCDⅠ、CCDⅡ和CCDⅢ的信号最后进入计算机进行数据处理。
所述的导光镜组由上下正交的两块导光镜构成；在基频激光脉冲传输方向上依次设置有导光镜Ⅰ和导光镜Ⅱ；导光镜Ⅰ将入射水平光束垂直向上反射，导光镜Ⅱ将垂直向上反射光束斜向下反射，导光镜组的出射光束方向与入射水平光束方向垂直。
所述的非线性晶体采用非共线Ⅰ类位相匹配，晶体光轴与晶体表面平行。根据不同的入射激光波长选用不同的晶体材料如BBO、KDP等。
所述的非线性晶体安装在沿晶体表面法线旋转的旋转镜架上，入射到晶体的三路空间基频光束方向形成底边为正三角形的正等腰棱锥的三个棱边，非线性晶体的法线与正等腰棱锥底面的高重合。根据不同的入射激光束偏振态，非线性晶体可实现沿法线进行任意角度的旋转。
本发明的单发次自相关仪采用晶轴沿非线性晶体通光面的非共线Ⅰ类位相匹配方式实现光束的强度自相关，只需旋转非线性晶体，就可实现对任意偏振态的入射脉冲的自相关信号测量；本发明的单发次自相关仪采用三束基频光束入射产生三束自相关信号，通过调节两个延迟调节器的光程，可以产生三个不同延迟的单发次自相关信号，扩宽了时间测量范围。
附图说明
图1为本发明的单发次自相关仪的光路示意图；
图2为本发明的单发次自相关仪中的导光镜组光路示意图；
图中，1.分光镜 Ⅰ2.反射镜 Ⅰ3.非线性晶体 4.分光镜Ⅱ 5.反射镜Ⅱ 6.延迟调节器Ⅰ 7.反射镜Ⅲ 8.延迟调节器Ⅱ 9.导光镜组 10.衰减滤波片 11.CCD Ⅰ12.CCD Ⅱ 13.CCD Ⅲ 14.旋转镜架 901.导光镜Ⅰ 902.导光镜Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的单发次自相关仪，在超快激光脉冲平行光束入射方向上设置有分光镜Ⅰ1；激光脉冲通过分光镜Ⅰ1分成透射光和反射光；在分光镜Ⅰ1的反射光路设置有反射镜Ⅰ2和非线性晶体3，在分光镜Ⅰ1的透射光路设置有分光镜Ⅱ4；分光镜Ⅰ1的反射光经反射镜Ⅰ2反射后投射到非线性晶体3，分光镜Ⅰ1的透射光经分光镜Ⅱ4分成透射光和反射光；在分光镜Ⅱ4的透射光路设置有反射镜Ⅱ5、延迟调节器Ⅰ6、反射镜Ⅲ7和非线性晶体3，在分光镜Ⅱ4的反射光路设置有延迟调节器Ⅱ8、导光镜组9和非线性晶体3；分光镜Ⅱ4的透射光经反射镜Ⅱ5反射后投射到延迟调节器Ⅰ6进行光程调节，从延迟调节器Ⅰ6出射的光束经反射镜Ⅲ7反射后投射到非线性晶体8，分光镜Ⅱ4的反射光经延迟调节器Ⅱ8进行光程调节后投射到导光镜组9进行光路偏转，从导光镜组9出射的光束斜向下投射到非线性晶体3；从反射镜Ⅰ2反射的水平基频光束、从反射镜Ⅲ7反射的水平基频光束、以及从导光镜组9斜向下出射的基频光束同时投射到非线性晶体3，所述的三路空间基频光束在非线性晶体3中心区域相交，在相交区域实现频率转换，产生三路空间倍频光束，分别沿三路空间基频光束方向形成的三个角平分线方向输出；在非线性晶体3后设置有衰减滤波片10，吸收剩余的基频光束；在衰减滤波片10后沿三路空间倍频光束方向分别设置有CCDⅠ11、CCDⅡ12和CCDⅢ13，分别接收来自非线性晶体3的三路空间倍频光束，CCDⅠ11、CCDⅡ12和CCDⅢ13接收的即为不同延迟的自相关信号；CCDⅠ11、CCDⅡ12和CCDⅢ13外接计算机，来自CCDⅠ11、CCDⅡ12和CCDⅢ13的信号最后进入计算机进行数据处理。
如图2所示，所述的导光镜组9由上下正交的两块导光镜构成；在基频激光脉冲传输方向上依次设置有导光镜Ⅰ901和导光镜Ⅱ902；导光镜Ⅰ901将入射水平光束垂直向上反射，导光镜Ⅱ902将垂直向上反射光束斜向下反射，导光镜组9的出射光束方向与入射水平光束方向垂直。
所述的非线性晶体3采用非共线Ⅰ类位相匹配，晶体光轴与晶体表面平行。根据不同的入射激光波长选用不同的晶体材料如BBO、KDP等。
所述的非线性晶体3安装在沿晶体表面法线旋转的旋转镜架14上，入射到晶体的三路空间基频光束方向形成底边为正三角形的正等腰棱锥的三个棱边，非线性晶体3的法线与正等腰棱锥底面的高重合。根据不同的入射激光束偏振态，非线性晶体可实现沿法线进行任意角度的旋转。
实施例 1
本实施例中，入射激光脉冲中心波长为1053nm，脉冲宽度约为10ps，能量约为10mJ，光束口径为1cm×1cm，竖直偏振；非线性晶体3选用KDP材料，采用非共线Ⅰ类位相匹配方式，拨动旋转镜架14使非线性晶体3的晶轴处于水平方向，非线性晶体3与水平面呈约75度倾斜放置；从反射镜Ⅰ2反射的水平基频光束、从反射镜Ⅲ7反射的水平基频光束、以及从导光镜组9斜向下出射的基频光束相互间以约30o的夹角对称入射到非线性晶体3上，产生的三路倍频光束分别沿所述的三路基频光束的角平分线方向输出，所述的三路倍频光束被CCDⅠ11、CCDⅡ12、CCDⅢ13接收，CCDⅠ11、CCDⅡ12、CCDⅢ13接收的即为自相关信号；最后通过外接计算机进行数据处理，获得激光脉冲宽度信息。
实施例 2
本实施例与实施例1的光路结构相同，数据处理过程相同，不同之处在于，入射激光脉冲为水平偏振，拨动旋转镜架14使非线性晶体3的晶轴处于竖直平面方向。
实施例 3
本实施例与实施例1的光路结构相同，数据处理过程相同，不同之处在于，入射激光脉冲为非垂直、非水平偏振，拨动旋转镜架14旋转非线性晶体3，使非线性晶体3输出的倍频光束最强即可。
Claims (4)
1.一种单发次自相关仪，其特征在于：所述的单发次自相关仪，在超快激光脉冲平行光束入射方向上设置有分光镜Ⅰ（1）；激光脉冲通过分光镜Ⅰ（1）分成透射光和反射光；在分光镜Ⅰ（1）的反射光路设置有反射镜Ⅰ（2）和非线性晶体（3），在分光镜Ⅰ（1）的透射光路设置有分光镜Ⅱ（4）；分光镜Ⅰ（1）的反射光经反射镜Ⅰ（2）反射后投射到非线性晶体（3），分光镜Ⅰ（1）的透射光经分光镜Ⅱ（4）分成透射光和反射光；在分光镜Ⅱ（4）的透射光路设置有反射镜Ⅱ（5）、延迟调节器Ⅰ（6）、反射镜Ⅲ（7）和非线性晶体（3），在分光镜Ⅱ（4）的反射光路设置有延迟调节器Ⅱ（8）、导光镜组（9）和非线性晶体（3）；分光镜Ⅱ（4）的透射光经反射镜Ⅱ（5）反射后投射到延迟调节器Ⅰ（6）进行光程调节，从延迟调节器Ⅰ（6）出射的光束经反射镜Ⅲ（7）反射后投射到非线性晶体（8），分光镜Ⅱ（4）的反射光经延迟调节器Ⅱ（8）进行光程调节后投射到导光镜组（9）进行光路偏转，从导光镜组（9）出射的光束斜向下投射到非线性晶体（3）；从反射镜Ⅰ（2）反射的水平基频光束、从反射镜Ⅲ（7）反射的水平基频光束、以及从导光镜组（9）斜向下出射的基频光束同时投射到非线性晶体（3），所述的三路空间基频光束在非线性晶体（3）中心区域相交，在相交区域实现频率转换，产生三路空间倍频光束，分别沿三路空间基频光束方向形成的三个角平分线方向输出；在非线性晶体（3）后设置有衰减滤波片（10），吸收剩余的基频光束；在衰减滤波片（10）后沿三路空间倍频光束方向分别设置有CCDⅠ（11）、CCDⅡ（12）和CCDⅢ（13），分别接收来自非线性晶体（3）的三路空间倍频光束，CCDⅠ（11）、CCDⅡ（12）和CCDⅢ（13）接收的即为不同延迟的自相关信号；CCDⅠ（11）、CCDⅡ（12）和CCDⅢ（13）外接计算机，来自CCDⅠ（11）、CCDⅡ（12）和CCDⅢ（13）的不同延迟的自相关信号最后进入计算机进行数据处理。
2.根据权利要求1所述的单发次自相关仪，其特征在于：所述的导光镜组（9）由上下正交的两块导光镜构成；在基频激光脉冲传输方向上依次设置有导光镜Ⅰ（901）和导光镜Ⅱ（902）；导光镜Ⅰ（901）将入射水平光束垂直向上反射，导光镜Ⅱ（902）将垂直向上反射光束斜向下反射，导光镜组（9）的出射光束方向与入射水平光束方向垂直。
3.根据权利要求1所述的单发次自相关仪，其特征在于：所述的非线性晶体（3）采用非共线Ⅰ类位相匹配，晶体光轴与晶体表面平行。
4.根据权利要求1所述的单发次自相关仪，其特征在于：所述的非线性晶体（3）安装在沿晶体表面法线旋转的旋转镜架（14）上，入射到晶体的三路空间基频光束方向形成底边为正三角形的正等腰棱锥的三个棱边，非线性晶体（3）的法线与正等腰棱锥底面的高重合。
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