CN110514308B - 用于激光脉冲对比度测量的低噪声互相关仪 - Google Patents
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Abstract
一种用于激光脉冲对比度测量的低噪声互相光仪，构成包括沿入射光方向依次是非线性晶体、光谱滤波片、线性偏振片和光电转换元件，首先通过基于二类相位匹配获得互相关信号光，使得信号光的偏振状态和强度较大的待测光的倍频光的偏振不同，因而方便使用偏振片滤波减少噪声影响，其次通过合理选择待测光和取样光的交叉角度以及非线性晶体的切角，使得待测光和取样光的自身的倍频信号光极大减弱，从而进一步减少所述待测光和取样光的倍频光对所述互相光信号光的噪声影响。该低噪声互相关仪，结构包括特殊切角用于二类相位匹配的非线性晶体，光谱滤波片，线性偏振片，光电转换元件。
Description
技术领域
本发明涉及激光脉冲对比度测量，特别是一种用于激光脉冲对比度测量的低噪声互相光仪。
背景技术
激光脉冲的对比度的测量可以定义为激光脉冲主脉冲的强度和脉冲前沿小脉冲或者自发辐射强度的比值，随着啁啾脉冲放大技术以及光参量啁啾脉冲放大技术的发展，各国也都相继提出建设百拍瓦级别激光装置的计划，其聚焦强度可能达到1023W/cm2量级，对于这样的高能量激光脉冲，其时域对比度有着严格要求,以避免主脉冲前沿小脉冲对激光物质相互作用中的靶材物质的影响；通常激光脉冲对比度要求大于1011量级，而对于这样的高对比度激光脉冲的对比度测量是一个巨大挑战。
对于激光脉冲对比度的测量，通过待测光和取样光在非线性晶体中相互作用，获得互相关信号光，然后以互相关信号光强度随延迟时间的变化来表征待测光的时域对比度信息。以往的互相关过程通常采用一类相位匹配，为了方便使用光谱滤波以减少噪声影响，取样光和待测光的中心波长差异很大，但是这样导致互相关过程的取样光和待测光的群速度失配很大，使得对比度测量时间分辨率大大受限。为了减少群速度失配的影响，取样光和待测光之间不能有很大的波长差异，然而这样，他们的倍频光就可能给测量过程引入噪声，兼顾高的时间分辨率以及高的动态范围是一个问题。
发明内容
本发明提供一种用于激光脉冲对比度测量的低噪声互相光仪，本发明通过两种途径来减小噪声影响，首先是基于二类相位匹配来产生互相关信号光，使得互相关信号光的偏振方向和待测光的倍频光偏振垂直，从而可以利用偏振滤波来降低噪声影响；其次，互相关过程采用大角度交叉，并特殊设计非线性晶体的切角，使得待测光和取样光的传播方向和非线性晶体的晶轴角度在90度附近，从而引入较大的相位失配，使得倍频信号本身就很弱，这样的对比度测量降噪技术将对脉冲的对比度测量动态范围的提升有着非常重要的意义。
本发明的技术解决方案如下：
一种用于激光脉冲对比度测量的低噪声互相光仪，特点在于其构成包括沿入射光方向依次是非线性晶体、光谱滤波片、线性偏振片和光电转换元件，所述的非线性晶体是具有特殊切角的二类相位匹配的非线性晶体，入射光分别是O光和E光，经该非线性晶体后获得互相关信号光为E光，且入射光自身的倍频光在相位失配的作用下很弱；所述的光谱滤波片是一个带通滤波片，互相关信号光光谱成分可以通过，但是待测光和取样光的光谱成分被过滤；所述线性偏振片，使得为E光的互相关信号光得以通过，但是待测光的倍频光由于为O光无法通过。
所述的光电转换元件为光电倍增管、CCD、或者sCMOS光电转换元件。
本发明具有如下的显著特点：
1，通过使用二类相位匹配使得互相关信号光的偏振和噪声不同，通过偏振滤波减少噪声；
2，通过给待测光和取样光引入大的相位失配，源头上减少倍频噪声光的产生；
3，通过噪声的消减，进一步提高对比度测量的动态范围。
附图说明
图1是本发明用于激光脉冲对比度测量的低噪声互相光仪实施例装置示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先请参阅图1，图1是本发明用于激光脉冲对比度测量的低噪声互相光仪一个实施例装置示意图。由图可见，本发明用于激光脉冲对比度测量的低噪声互相光仪，其构成包括沿入射光方向依次是非线性晶体1、光谱滤波片2、线性偏振片3和光电转换元件4，所述的非线性晶体1是具有特殊切角的二类相位匹配的非线性晶体，入射光分别是O光和E光，经该非线性晶体1后获得互相关信号光为E光，且入射光自身的倍频光在相位失配的作用下很弱；所述的光谱滤波片2是一个带通滤波片，互相关信号光光谱成分可以通过，但是待测光和取样光的光谱成分被过滤；所述线性偏振片3，使得为E光的互相关信号光得以通过，但是待测光的倍频光由于为O光无法通过。
所述的光电转换元件4为光电倍增管、CCD、或者sCMOS光电转换元件。
本实施例中待测光为钛宝石再生放大器出射光，中心波长为800纳米，能量大于2毫焦，而取样光通过自衍射这一四波混频过程获得，能量大于100微焦，中心波长也是800纳米；待测光和取样光的偏振态相互垂直，共同入射到切角为80度的BBO晶体1中，为了满足相位匹配，待测光和取样光的交叉角度在晶体外大于60度，这就使得待测光和取样光和晶体的光轴的夹角在90度附近，极大的减弱了倍频光的产生；所获得的互相关信号光中心波长在400纳米附近，虽然和取样光和待测光的倍频光光谱重合，但是互相关信号光的偏振和噪声的偏振态垂直，因而互相关信号光通过带通滤波片2以及偏振片3后就可以极大的减少噪声，所获得的互相关信号光最终入射到一台sCMOS相机4进行强度分析。由于系统的动态范围由所获得的互相关信号光的主脉冲强度和系统噪声所决定，减弱了噪声的引入，就可以大幅度实现对比度测量动态范围的提升，这对激光脉冲对比度测量有很重要的意义。
Claims (2)
1.一种用于激光脉冲对比度测量的低噪声互相关 仪，其特征在于包括沿入射光方向依次是非线性晶体(1)、光谱滤波片(2)、线性偏振片(3)和光电转换元件(4)，所述的非线性晶体(1)是具有特殊切角的二类相位匹配的非线性晶体，入射光分别是O光和E光，经该非线性晶体(1)后获得互相关信号光为E光，且入射光自身的倍频光在相位失配的作用下很弱；所述的光谱滤波片(2)是一个带通滤波片，互相关信号光光谱成分通过，但是待测光和取样光的光谱成分被过滤；所述线性偏振片(3)，使得为E光的互相关信号光得以通过，但是待测光的倍频光由于为O光无法通过。
2.根据权利要求1所述的低噪声互相关仪，特征在于所述的光电转换元件(4)为光电倍增管、CCD或者sCMOS光电转换元件。
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