CN110530533A - 用于激光脉冲对比度测量的四阶自相关仪 - Google Patents
用于激光脉冲对比度测量的四阶自相关仪 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110530533A CN110530533A CN201910796458.5A CN201910796458A CN110530533A CN 110530533 A CN110530533 A CN 110530533A CN 201910796458 A CN201910796458 A CN 201910796458A CN 110530533 A CN110530533 A CN 110530533A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light
- quadravalence
- autocorrelation
- contrast
- pulse
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000005311 autocorrelation function Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 16
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005388 cross polarization Methods 0.000 claims description 3
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 claims description 3
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J11/00—Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
一种用于激光脉冲对比度测量的四阶自相关仪，包括分束片、基于简并三阶非线性取样光产生装置、自相关装置、数据采集与处理装置，本发明通过获得四阶自相关信号光来表征脉冲的对比度信息，避免待测脉冲后延小脉冲给自相关过程引入的测量误差；同时由于是自相关过程，有效避免了群速度失配给测量时间分辨率带来的限制，这种四阶自相关仪可以为具有高对比度激光脉冲的对比度提升和应用研究提供重要的测量支持。
Description
技术领域
本发明涉及激光脉冲,特别是一种用于激光脉冲对比度测量的四阶自相关仪。
背景技术
随着CPA和OPCPA的发展，飞秒激光脉冲的功率已经可以达到10PW，同时各国也都相继提出建设百PW级别激光装置的计划，其聚焦强度可能达到1023W/cm2量级，如此的高能量激光装置在激光粒子加速、实验室天体物理以及等离子体物理等重大前沿科学研究领域具有重要的应用。对于这样的高能量激光脉冲，其时域对比度信息将是一个非常重要的参数,这是因为在激光脉冲与靶材相互作用的过程，如果前沿小脉冲的聚焦强度超过109W/cm2时，它将在主脉冲到达物质前与物质相互作用产生预等离子体，从而破坏主脉冲与物质相互作用的条件，并影响所得到的结果。激光脉冲的对比度是如此的重要，受到研究人员的广泛关注，而激光脉冲时域对比度的测量是研究对比度提升以及对比度对物理实验影响的第一步。
对于激光脉冲对比度的测量，由于高能量激光脉冲的超快特性(飞秒量级)，普通的光电转换器件是无法对其直接测量的，但是我们可以通过测量激光的自相关信号光的强度，从而反推出激光脉冲的时域对比度信息。最早的是利用二阶自相关来获得脉冲的时域强度分布，二阶自相关的强度可以表示为其中τ为时间延迟，然而对于二阶自相关有一个缺点，二阶自相关信号是关于时间延迟τ对称的，因而无法分辨出脉冲前沿与脉冲后沿的；为了区分脉冲的前后沿，后来发展了三阶互相关仪， 其实现方法是待测光首先经过二阶非线性过程获得倍频光，然后再通过二阶非线性和频最终获得三阶互相关信号光；虽然这样可以区分出脉冲前后沿，但是三阶互相关存在以下两个问题：
(1)取样光是通过倍频过程获得，对比度的提升是平方关系，对脉冲的净化能力有限；比如如果待测光脉冲后沿有个10-4量级的小脉冲，通过互相关过程，它将给获得的互相关信号光在脉冲前沿引入10-8的小脉冲，从而引入测量误差；
(2)取样光和待测光的中心波长差异大，因而群速度失配将会限制其分辨率的提升。
为了同时解决二阶自相关以及三阶互相关所存在的问题，我们发明了四阶自相关仪，四阶自相关信号光的强度可以表示为其取样光是通过简并四波混频过程获取的，对于对比度的提升效果是立方关系，因而脉冲时域更干净，脉冲测量准确度更高；同时由于和待测光的中心波长一样，群速度失配将不再是限制分辨率的问题。
发明内容
本发明提供一种用于激光脉冲对比度测量的四阶自相关仪，从而可以实现脉冲的对比度的高保真度和高分辨率测量。
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四阶自相关仪，特点在于其构成包括分束片、基于简并三阶非线性取样光产生装置、自相关装置、数据采集与处理装置，上述元部件的位置关系如下：
入射光经过所述的分束片分成反射光和透射光，所述的反射光作为待测光，所述的透射光经过所述的基于简并三阶非线性取样光产生装置获得高能量高对比度的取样光，所述的待测光和取样光在所述的自相关装置中相互作用获得四阶自相关信号光，所述的四阶自相关信号光被所述的数据采集与处理装置接收处理，获得所述待测光的对比度信息。
所述的基于简并三阶非线性取样光产生装置，可以利用交叉偏振波产生、自衍射，以及瞬态光栅等简并四波混频过程来实现，所获得取样光的中心频率与入射光的中心频率一致，而且对比度理论上是入射光对比度的三次方。
所述的自相关装置利用二阶非线性过程非共线和频来实现，自相关过程时间延迟的提供可以通过单发或者延迟扫描的方式。
所述的数据采集与处理装置为二维阵列成像元件或者光电转换探头。
本发明具有如下的显著特点：
1、本发明通过简并三阶非线性过程获得对比度测量的取样光，其具有高对比度高能量的特性，而且中心波长和待测光一致；
2、待测光再经过二阶非线性过程最终获得四阶自相关信号光，而四阶自相关信号光用于对比度测量保真度更高，而且由于避免了群速度失配的影响，时间分辨率也会更高；
3，整个装置可以做到经济紧凑。
附图说明
图1是本发明用于激光脉冲对比度测量的四阶自相关仪实施例示意图。
图2是四阶自相关信号在sCMOS相机上的强度分布。
图3是对比度测量结果对比。
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。
图1是本发明一种用于激光脉冲对比度测量的四阶自相关仪实施例示意图。由图可见，本发明用于激光脉冲对比度测量的四阶自相关仪，特点在于其构成包括分束片1、基于简并三阶非线性取样光产生装置2、自相关装置3、数据采集与处理装置4，上述元部件的位置关系如下：
入射光经过所述的分束片1分成反射光和透射光，所述的反射光作为待测光，所述的透射光经过所述的基于简并三阶非线性取样光产生装置2获得高能量高对比度的取样光，所述的待测光和取样光在所述的自相关装置3中相互作用获得四阶自相关信号光，所述的四阶自相关信号光被所述的数据采集与处理装置4接收处理，获得所述待测光的对比度信息。
所述的基于简并三阶非线性取样光产生装置2可以利用交叉偏振波产生、自衍射，以及瞬态光栅等简并四波混频过程来实现，所获得取样光的中心频率与入射光的中心频率一致，而且对比度理论上是入射光对比度的三次方。
所述的自相关装置3利用二阶非线性过程非共线和频来实现，自相关过程时间延迟的提供可以通过单发或者延迟扫描的方式。
所述的数据采集与处理装置4为二维阵列成像元件或者光电转换探头。
在本实施例中，我们搭建的是一台单发式的四阶自相关仪。从一台钛宝石放大器出射的800nm/8mJ/25fs/kHz激光脉冲作为基础光，该基础光经过一个反射光透射光强度比率1:3的分束片分为两束，大约6mJ的透射光经过自衍射效应这一简并三阶非线性过程获得了能量高到400微焦中心波长同样也是800nm的取样光，这样的高能量高对比度800nm取样光是对比度测量高动态范围、高保真度以及高分辨率的保证。所获得的取样光和待测光在一枚宽度21mm，厚度1.5mm的BBO晶体中和频，他们的晶体外交叉角度为60度，通过和频过程从而获得四阶自相关信号光，所获得的四阶自相关信号光使用一台sCMOS分析其强度分布。在本实例中由于单发四阶自相关信号光的主脉冲的高强度，首先使用了提前标定好衰减倍数的衰减片对于其主脉冲进行衰减，最终sCMOS上四阶自相关信号光的强度分布如图2所示。通过其强度分布图我们可以获得其对比度信息如图3中实线所示，测量结果显示其测量能力达到动态范围1011，测量时间窗口大约60ps，测量时间分辨率150fs；为了证明测量的准确性，我们同时使用了商用的三阶互相关仪对脉冲的对比度进行了测量，如图3中的虚线所示，他们符合的非常好，而且没有脉冲前沿伪脉冲，这也进一步证明我们的四阶相关仪的有效性和保真性。
Claims (4)
1.一种用于激光脉冲对比度测量的四阶自相关仪，特征在于其构成包括分束片(1)、基于简并三阶非线性取样光产生装置(2)、自相关装置(3)、数据采集与处理装置(4)，上述元部件的位置关系如下：
入射光经过所述的分束片(1)分成反射光和透射光，所述的反射光作为待测光，所述的透射光经过所述的基于简并三阶非线性取样光产生装置(2)获得高能量高对比度的取样光，所述的待测光和取样光在所述的自相关装置(3)中相互作用获得四阶自相关信号光，所述的四阶自相关信号光被所述的数据采集与处理装置(4)接收处理，获得所述待测光的对比度信息。
2.根据权利要求1所述的四阶自相关仪，其特征在于所述的基于简并三阶非线性取样光产生装置(2)，可以利用交叉偏振波产生、自衍射，以及瞬态光栅等简并四波混频过程来实现，所获得取样光的中心频率与入射光的中心频率一致，而且对比度理论上是入射光对比度的三次方。
3.根据权利要求1所述的四阶自相关仪，其特征在于所述的自相关装置(3)利用二阶非线性过程非共线和频来实现，自相关过程时间延迟的提供可以通过单发或者延迟扫描的方式。
4.根据权利要求1所述的四阶自相关仪，其特征在于所述的数据采集与处理装置(4)为二维阵列成像元件或者光电转换探头。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910796458.5A CN110530533A (zh) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | 用于激光脉冲对比度测量的四阶自相关仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910796458.5A CN110530533A (zh) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | 用于激光脉冲对比度测量的四阶自相关仪 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110530533A true CN110530533A (zh) | 2019-12-03 |
Family
ID=68664427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910796458.5A Pending CN110530533A (zh) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | 用于激光脉冲对比度测量的四阶自相关仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110530533A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111220285A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-02 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 时间-光谱编码激光脉冲时域对比度单发测量装置和方法 |
| CN113049119A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-06-29 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 基于交叉偏振波产生获得取样光的对比度单发测量仪 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2515663Y (zh) * | 2001-12-26 | 2002-10-09 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 同时测量和定标的光脉冲信息测量仪 |
| CN1385682A (zh) * | 2002-06-14 | 2002-12-18 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 全反射单发二阶自相关测量仪 |
| CN207180885U (zh) * | 2017-09-30 | 2018-04-03 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种超短激光脉冲测量装置 |
| CN109632113A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-04-16 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 对比度单发测量装置 |
-
2019
- 2019-08-27 CN CN201910796458.5A patent/CN110530533A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2515663Y (zh) * | 2001-12-26 | 2002-10-09 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 同时测量和定标的光脉冲信息测量仪 |
| CN1385682A (zh) * | 2002-06-14 | 2002-12-18 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 全反射单发二阶自相关测量仪 |
| CN207180885U (zh) * | 2017-09-30 | 2018-04-03 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种超短激光脉冲测量装置 |
| CN109632113A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-04-16 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 对比度单发测量装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111220285A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-02 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 时间-光谱编码激光脉冲时域对比度单发测量装置和方法 |
| CN113049119A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-06-29 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 基于交叉偏振波产生获得取样光的对比度单发测量仪 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102175334B (zh) | 基于非谐波长波长取样光的脉冲信噪比单次测量装置 | |
| US20020057435A1 (en) | Electromagnetic wave analyzer | |
| CN103063315B (zh) | 基于啁啾脉冲特性的单次信噪比测量方法和装置 | |
| CN103048053B (zh) | 单次激光信噪比探测装置 | |
| CN107063480B (zh) | 基于四波混频扫描式超短激光脉冲时域对比度测量仪 | |
| CN110530533A (zh) | 用于激光脉冲对比度测量的四阶自相关仪 | |
| CN101750154B (zh) | 激光信噪比探测装置 | |
| CN210243001U (zh) | 高分辨率实时超短脉冲时频域测量装置 | |
| CN109632113A (zh) | 对比度单发测量装置 | |
| Forget et al. | Pulse-measurement techniques using a single amplitude and phase spectral shaper | |
| CN108593106A (zh) | 一种探测受激布里渊散射瞬态超声光栅光谱的系统装置 | |
| Mead et al. | An echelon-based single shot optical and terahertz Kerr effect spectrometer | |
| CN204330141U (zh) | 一种高功率超短激光脉冲对比度测量装置 | |
| CN1945342A (zh) | 双光束－两角度超短脉冲激光抽运探测方法及其装置 | |
| CN102680404A (zh) | 一种泵浦探测的方法和系统 | |
| CN101865727A (zh) | 单次皮秒脉冲信噪比测量仪 | |
| Keyser et al. | Single-pulse Mueller matrix LiDAR polarimeter: Modeling and demonstration | |
| CN206959990U (zh) | 一种自参考太赫兹电光取样光谱干涉仪及测量系统 | |
| CN110514308B (zh) | 用于激光脉冲对比度测量的低噪声互相关仪 | |
| CN204807200U (zh) | 一种测量高强度太赫兹时域光谱的装置 | |
| CN201293685Y (zh) | 双延迟光路的三阶相关仪 | |
| CN104913853B (zh) | 用于测量超强超短激光预脉冲的方法和系统 | |
| CN201348539Y (zh) | 激光信噪比探测装置 | |
| Rhodes et al. | Accuracy and precision in broadband laser ranging | |
| Jovanovic et al. | High-dynamic-range, 200-ps window, single-shot cross-correlator for ultrahigh intensity laser characterization |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20191203 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |