CN110987199A - 束间同步测量装置 - Google Patents

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CN110987199A CN201911127373.4A CN201911127373A CN110987199A CN 110987199 A CN110987199 A CN 110987199A CN 201911127373 A CN201911127373 A CN 201911127373A CN 110987199 A CN110987199 A CN 110987199A
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朱宝强
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    • 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
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
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Abstract

一种束间同步测量装置，包括两采样光束耦合单元、两传输光纤、干涉单元和干涉图像观察记录单元。本发明采用激光干涉技术，通过观察两束采样光干涉条纹的有无，或者干涉条纹的对比度，实现激光束间时间同步和相位同步的测量。该装置采用光谱色散不敏感光纤传输激光信号，并采用光纤端面输出作为干涉源进行直接干涉，用相机记录干涉信号，无复杂成像光路或精密记录设备，具有结构简单紧凑，成本优势明显的特点。

Description

束间同步测量装置
技术领域
本发明涉及超短超强激光，特别是一种束间同步测量装置，针对两束光束之间时间同步和相位同步调整，采用光束空间干涉法测量。
背景技术
超短超强激光技术领域，特别是光束相干技术领域，激光脉冲要发生相干，需要光束间时间同步，相位同步。常规方法是采用远场直接测量的方法实现，通常用于重频激光，对于单次高能超短超强激光尚无解决案例。
高能拍瓦(1015W)激光系统采用啁啾脉冲光参量放大(OPCPA)，采用固体激光玻璃片状放大器作为增益介质，由于热致波前畸变等因素，目前均采用单次工作模式。典型激光能量约数千焦耳，脉冲宽度约一皮秒，峰值功率数拍瓦。为获得更高的峰值功率密度，采用多束光束相干叠加的方法，通常叫“相干并束”。两束光发生相干叠加时，远场焦斑会发生变化，焦斑形态取决于时间重叠后两光束间的相位差。通过束间延时调节技术和相位调节技术，实现光束远场焦斑相干叠加到预期形态。常规方法比较直接，但是在工程应用中存在一定的局限性，主要包括：要保持实际光束与取样测量的一致性；光束抖动会引起相干失败。
发明内容
本发明的目的是提出一种束间同步测量装置，该装置充分考虑了测量对象的光谱宽、脉冲宽度短及单次发射的特点，采用零色散光纤传输信号，通过光纤端面干涉信号记录光束时间同步及相位同步情况，具有结构简单，抗干扰的特点，为超短脉冲同步单次测量提供了一种解决方案。
为实现上述目标，本发明的技术解决方案如下：
一种束间同步测量装置，其特点在于，该装置包括两采样光束耦合单元、两传输光纤、干涉单元和干涉图像观察记录单元，所述的两采样光束耦合单元分别位于所述的两传输光纤的输入端，所述的两传输光纤的长度相等，所述的干涉单元固定所述的两传输光纤的输出端，并确保从两传输光纤输出端的输出光束的光轴平行、输出光束的偏振方向一致和两光纤的输出端面的间距保持一定，在所述的干涉单元外形成干涉条纹区域；所述的干涉图像观察记录单元的工作面位于所述的干涉单元的干涉条纹区域，所述的干涉图像观察记录单元的工作面的法线方向与所述的传输光纤输出的光束的光轴方向相同。
所述的传输光纤为低色散光纤或者色散补偿光纤。
所述的干涉图像观察记录单元为相机。
本发明的技术效果如下：
本发明采用光谱色散不敏感光纤传输激光信号，并采用光纤端面输出作为干涉源进行直接干涉，用相机记录干涉信号，无复杂成像光路或精密记录设备，具有结构简单紧凑，成本优势明显的特点。
本发明采用利用光束取样干涉技术，通过取样相干测量反馈给时间同步和相位同步调整机构，进行反馈控制实现实际光束同步，对于相干组束或者对束间延时有较高精度要求的场合，有重要的应用价值。
附图说明
图1是本发明束间同步测量装置结构示意图
图2是本发明束间同步测量装置原理图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
参见图1，图1是本发明束间同步测量装置的结构示意图，由图可见，本发明束间同步测量装置，包括两采样光束耦合单元1、两传输光纤2、干涉单元3和干涉图像观察记录单元4，所述的两采样光束耦合单元1分别位于所述的两传输光纤2的输入端，所述的两传输光纤2的长度相等，所述的干涉单元3固定在所述的两传输光纤2的输出端，并确保从两传输光纤2输出端的输出光束的光轴平行、输出光束的偏振方向一致和两光纤的输出端面的间距保持一定，在所述的干涉单元3外形成干涉条纹区域；所述的干涉图像观察记录单元4的工作面位于所述的干涉单元3的干涉条纹区域，所述的干涉图像观察记录单元4的工作面的法线方向与所述的传输光纤2输出的光束的光轴方向相同。
本发明束间同步测量装置的使用方法如下：
参见图2，图2是本发明束间同步测量装置原理图。待测的第一入射光束5和第二入射光束6分别通过对应的两采样光束耦合单元1耦合进入所述的两传输光纤2，采样光束从光纤端面干涉单元3出射，第一入射光束5对应第一出射光束7，第二入射光束6对应第二出射光束8，出射光束中心间距为d。出射光束分别以一定的发散角从所述的干涉单元3出射，两光束在光束重叠区域9内发生干涉并形成干涉条纹区域10。在距离光纤端面干涉单元3长度为l处放置干涉图像观察记录单元4，将在观察单元4的光敏面上获得干涉条纹10。
如果光束脉冲宽度均为τ(假定脉冲形状为高斯脉冲，半高宽为τ)，两束光束间时间延时为δt，从光纤端面干涉单元3出射的光场可以认为分别是从对应光纤输出端输出的点光源，具有一定的锥角的第一出射光束7和第二出射光束8，它们到达观察记录单元4的光敏面的光场可分别用以下公式表示：
Figure BDA0002277280660000041
Figure BDA0002277280660000042
其中，A10(x,y)为第一出射光束在光敏面上的振幅分布，A20(x,y)为第二出射光束在光敏面上的振幅分布，x0，y0为第一光束和第二光束出射端中心连线中点的坐标位置，D为光敏面距离光纤端面的垂直距离，d为第一光束和第二光束出射端的中心距离，λ为光束波长，ω为激光频率。
两光束在光敏面上光场叠加后为：
Figure BDA0002277280660000043
其中，
Figure BDA0002277280660000044
Figure BDA0002277280660000045
令
Figure BDA0002277280660000046
由于d<<D，则有
Figure BDA0002277280660000047
令x0＝y0＝0，当d及δt一定时，省略常数项得：
Figure BDA0002277280660000048
当两光束时间同步时，即δt＝0，假设两束光光强相等，即I10＝I20＝I0，则有：
Figure BDA0002277280660000049
该式表明，光束将出现干涉条纹，条纹间隔L与d、r、λ有关，其关系为：
Figure BDA0002277280660000051
当δt≠0时，同样假设两束光光强相等，即I10＝I20＝I0，则有：
Figure BDA0002277280660000052
上式对时间积分，即得到光敏面上读出值，其对比度为：
Figure BDA0002277280660000053
S0为脉冲波形自相关最大值，SA为脉冲波形自相关值，由上式可知，当δt＝0时，contrast＝1，当δt≠0时，contrast＜1，特别地，当δt>>0,contrast＝0。因此，通过观察干涉条纹的对比度强度，当条纹对比度最强时，可确定两束光束时间同步。
实验表明，本发明装置充分考虑了测量对象的光谱宽、脉冲宽度短及单次发射的特点，采用零色散光纤传输信号，通过光纤端面干涉信号记录光束时间同步及相位同步情况，具有结构简单，抗干扰的特点，为超短脉冲同步单次测量提供了一种解决方案。本发明采用利用光束取样干涉技术，通过取样相干测量反馈给时间同步和相位同步调整机构，进行反馈控制实现实际光束同步，对于相干组束或者对束间延时有较高精度要求的场合，有重要的应用价值。

Claims (3)

1.一种束间同步测量装置，其特征在于，该装置包括两采样光束耦合单元(1)、两传输光纤(2)、干涉单元(3)和干涉图像观察记录单元(4)，所述的两采样光束耦合单元(1)分别位于所述的两传输光纤(2)的输入端，所述的两传输光纤(2)的长度相等，所述的干涉单元(3)固定所述的两传输光纤(2)的输出端，并确保从两传输光纤(2)输出端的输出光束的光轴平行、输出光束的偏振方向一致和两光纤的输出端面的间距保持一定，在所述的干涉单元(3)外形成干涉条纹区域；所述的干涉图像观察记录单元(4)的工作面位于所述的干涉单元(3)的干涉条纹区域，所述的干涉图像观察记录单元(4)的工作面的法线方向与所述的传输光纤(2)输出的光束的光轴方向相同。
2.根据权利要求1所述的束间同步测量装置，其特征在于，所述的传输光纤(2)为低色散光纤或色散补偿光纤。
3.根据权利要求1或2所述的束间同步测量装置，其特征在于，所述的干涉图像观察记录单元(4)为相机。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111982313A (zh) * 2020-07-23 2020-11-24 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种超短脉冲激光远场焦斑时空-频率信息的获取方法
CN112928582A (zh) * 2021-01-25 2021-06-08 中国人民解放军陆军工程大学 一种被动相干合成激光器的非相位测量自动同步方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080031292A1 (en) * 2004-09-13 2008-02-07 Jiro Suzuki Laser Beam Path Length Difference Detector, Laser Phase Controller, and Coherent Optical Coupler
CN105467769A (zh) * 2014-05-26 2016-04-06 李文迪 全光纤激光干涉光刻设备和方法
CN106856293A (zh) * 2015-12-08 2017-06-16 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种基于拼接锁定和远场的超短脉冲激光相干合束方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080031292A1 (en) * 2004-09-13 2008-02-07 Jiro Suzuki Laser Beam Path Length Difference Detector, Laser Phase Controller, and Coherent Optical Coupler
CN105467769A (zh) * 2014-05-26 2016-04-06 李文迪 全光纤激光干涉光刻设备和方法
CN106856293A (zh) * 2015-12-08 2017-06-16 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种基于拼接锁定和远场的超短脉冲激光相干合束方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111982313A (zh) * 2020-07-23 2020-11-24 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种超短脉冲激光远场焦斑时空-频率信息的获取方法
CN112928582A (zh) * 2021-01-25 2021-06-08 中国人民解放军陆军工程大学 一种被动相干合成激光器的非相位测量自动同步方法

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