CN112903254B - 用于非共线参量放大光路的自动监控装置及其自动监控方法 - Google Patents

Abstract

一种用于非共线参量放大光路中维持系统稳定工作的自动监控装置与自动监控方法。通过对输入光路的信号光与泵浦光近远场的监控与各自的自准直控制，可实现信号光与泵浦光入射晶体时的近场位置与入射角度的复原(同时也保证了非共线夹角的稳定)；通过对模拟光透过晶体的光束与在晶体表面反射光束远场的校准与调节，可实现对晶体最佳匹配角度的监控与自动复原；也可根据晶体温度变化自动微调晶体最佳匹配角度。本发明通过对关键物理参量的自动监控，可实现光路最佳工作状态的高精度复原，从而保证参量放大光路的长期稳定工作状态；也可用于倍频光路或其他涉及对光束入射角度与晶体调节角度很敏感的非线性光学光路中。

Description

用于非共线参量放大光路的自动监控装置及其自动监控方法

技术领域

本发明涉及宽带光参量放大系统领域，提出一种对关键物理参数的自动监控装置与自动监控方法，以实现参量放大系统保持长期稳定的工作状态。

背景技术

目前超短脉冲激光系统中，采用OPCPA技术放大宽带啁啾信号是最为常用的一种宽带信号光放大技术，该方法具有转换效率高，热效应影响小，增益大，频谱宽，信噪比高等特点，已成为宽带信号光通用的一种放大方式，但OPCPA技术在使用过程中，其放大状态对周围环境温度以及匹配条件非常敏感；且信号光与泵浦光走向，信号光与泵浦光夹角以及晶体角度的微小变化对参量放大的状态影响都非常大。如没有有效的自动监控单元，OPCPA的工作状态是无法维持长期稳定的输出状态的，尤其对于工程用装置与大口径大能量参量放大的工程装置。

发明内容

本发明提供一种用于非共线参量放大光路的自动监控装置与自动监控方法。可对非线性晶体匹配角度，信号光与泵浦光的近远场以及两光束的夹角实现精确监测，并通过自准直与自动控制系统实现对上述参量的自动准直与恢复，并可实现对由周围环境(如温度)带来的偏差的动态补偿，在加入此监控与自准直系统后，可实现参量放大过程的长期稳定的工程化输出的要求。

本发明的技术解决方案：

一种用于非共线参量放大光路的自动监控装置，包括信号光和泵浦光，其特点在于：沿信号光方向依次是第一信号光反射镜、第二信号光反射镜、合束镜、晶体、分光镜、第三信号光反射镜、信号光衰减片和信号光近远场监测单元，在第三信号光反射镜的反射光方向是第四信号光反射镜；沿所述的泵浦光方向依次是泵浦光反射镜、合束镜、晶体、分光镜、泵浦光衰减片和泵浦光近远场监测单元；在所述的晶体输出面一侧设置第一模拟平行光源，在该第一模拟平行光源光透过所述的晶体方向设置第一模拟光源的远场基准校准单元，在第一模拟平行光源经所述的晶体的反射光方向设置反射光近远场监测单元，在所述的分光镜的反射面的对面的垂直方向设置第二模拟平行光源，在所述的分光镜的反射面的垂直方向设置第二模拟平行光源远场基准校准单元；在所述的晶体的边缘设置温度探头，所述的第一信号光反射镜、第二信号光反射镜、合束镜、晶体、泵浦光分光镜均具有电动镜架；

所述的第一模拟光源的远场基准校准单元、第二模拟平行光源远场基准校准单元、泵浦光近远场监测单元、信号光近远场监测单元、反射光近远场监测单元和温度探头的输出端均与所述的控制计算机的输入端相连，所述的控制计算机的输出端与所述的步进电机伺服系统的输入端相连，所述的步进电机伺服系统的输出端分别与所述的第一信号光反射镜的电动镜架、第二信号光反射镜的电动镜架、合束镜的电动镜架、晶体的电动镜架、分光镜电动镜架的控制端相连；

所述的信号光经第一信号光反射镜、第二信号光反射镜透过合束镜注入参量放大光路中，透过晶体、分光镜后，经第三信号光反射镜、第四信号光反射镜输出，透过第三信号光反射镜的剩余信号光经信号光衰减片由所述的信号光近远场监测单元检测。

所述的晶体为OPA晶体、倍频晶体或其他非线性晶体。

上述用于非共线参量放大光路的自动监控装置的自动监控方法，第一次使用包括下列步骤：

1)在线小能量条件下将光路系统调节至最佳匹配状态，在调试过程中，信号光与泵浦光输出均为小能量状态，在此调试能量下，退出所述的泵浦光衰减片与信号光衰减片，保证在测量光束的远近场时CCD处于正常曝光范围；设定自动监控的基准，包括：

①由所述的计算机通过所述的步进电机伺服系统驱动所述的第一信号光反射镜和第二信号光反射镜的电动镜架调节所述的第一信号光反射镜和第二信号光反射镜的位置，通过所述的信号光近远场监控单元的测量，使信号光入射光束近远场位置回到基准位置，并将此时第一信号光反射镜和第二信号光反射镜的位置称为基准位置并输入所述的计算机存储；

②所述的第一模拟平行光源输出的第一模拟平行光透过所述的晶体的光束经透镜聚焦，其远场位置由第一模拟光源的远场基准校准单元监测，并将此时模拟光远场位置设定为基准位；该第一模拟平行光同时被所述的晶体面反射的光束经透镜聚焦后的远场由所述的晶体反射光远场监测单元监测，获得所述的晶体位置信号光基准近远场数据，并将此位置标定设为所述的晶体的匹配角基准位置并输入所述的计算机存储；

③所述的第二模拟平行光源输出的第二模拟平行光透过所述的分光镜由所述的第二模拟光源远场基准校准单元检测；在所述的泵浦光分光镜反射面的第二反射光远场监测单元检测，获得所述的分光镜的标准位置，输入所述的计算机存储；

④所述的晶体温度探头对所述的晶体边缘的温度进行检测，获得所述的晶体的基准温度并输入所述的计算机存储；

⑤所述的信号光近远场监控单元获得信号光基准近远场数据输入所述的计算机存储；所述的泵浦光近远场监测单元获得泵浦光基准近远场数据输入所述的计算机存储；

2)在计算机的控制下，插入所述的泵浦光衰减片和信号光衰减片，所述的非共线参量放大光路处于正常工作状态，所述的自动校准的步骤如下：

①所述的信号光近远场监控单元得到的实时信号光近远场数据传输至所述的控制计算机，该控制计算机将该数据与所述的信号光基准近远场数据相比较，得到需调节的偏离量，根据该偏离量，通过所述的步进电机伺服系统控制第一信号光反射镜的电动镜架以调节信号光近场位置回到基准位置，再通过控制第二信号光反射镜的电动镜架调节信号光远场位置回到基准位置，再比较调节后的近远场位置与基准信号光近远场的偏离量，重新进行上述调节，使信号光实时的近远场位置与基准位置偏差收敛至满足误差要求；

②所述的泵浦光经由泵浦光反射镜反射后由合束镜反射注入参量放大光路中，透过晶体后经泵浦光分光镜反射后，由泵浦光衰减片衰减后注入泵浦光近远场监测单元，所述的泵浦光近远场监控单元得到实时的泵浦光近远场数据传输至所述的控制计算机，该控制计算机将该数据与所述的泵浦光基准近远场数据相比较，得到需调节的偏离量，根据该偏离量数据，通过所述的步进电机伺服系统控制所述的泵浦光反射镜的电动镜架以调节泵浦光近场位置至基准位置，再通过控制所述的合束镜的电动镜架调节泵浦光远场位置至基准位置，调节完毕后，再比较调节后的近远场位置与基准信号光近远场的偏离量，重新再进行上述调节，使泵浦光实时近远场位置与基准位置偏差收敛至满足误差要求；

③所述的第一模拟光源的远场基准校准单元、第二模拟平行光源远场基准校准单元分别得到所述的晶体和分光镜实时的远场位置信息，根据此时远场位置与基准值的偏离量来调整第一模拟平行光源的电动调整架、第二模拟平行光源的电动调整架，使之回到基准位置；在调整好模拟光的方位角度后，由所述的第一反射光远场监测单元检测第一模拟平行光的反射光束远场，由所述的第二反射光远场监测单元检测第二模拟平行光的反射光束远场，由第一反射光远场监测单元、第二反射光远场监测单元分别得到所述的晶体和分光镜的模拟光反射远场数据输入所述的计算机，所述的控制计算机根据此时反射光的远场数据与相应基准值的偏离量，向所述的步进电机伺服系统输出调节控制信号，调整所述的晶体的与分光镜的电动调整架，使各自的远场位置回到基准位置；

④所述的晶体温度探头实时对晶体边缘的温度变化进行监测，并将数据输入所述的控制计算机，该控制计算机将采集到的实时温度信号参数与晶体需要微调的匹配角度通过查配数据库对应，输出调控数据通过所述的步进电机伺服系统控制所述的晶体的电动调整架的位置，补偿晶体匹配角度的微调量，以保持系统的工作状态；

所述的泵浦光近远场监测单元对泵浦光与所述的信号光近远场监控单元对信号光的近远场同时监测，并准确测量光束非共线角度，所述的分光镜将泵浦光与信号光分成互相垂直的两个方向，所述的分光镜设计为对信号光45度双面全透，同时对泵浦光45度A面全反，初始非共线夹角为固定值θ₀，如需修正非共线夹角量为Δθ＝f.d，可对两光束(泵浦光，信号光)的远场焦斑距离标准校准位置的定量实现，式中，△θ为修正角度，f为远场测量透镜的焦距，d为远场焦斑偏离基准位置的距离，该值可通过计算落在CCD上光斑的偏离量得到，则可得到准确的信号光与泵浦光的非共线夹角为θ₀+Δθ。

所述的晶体边缘设置测量晶体实时温度的测量探头，采集到的实时温度信号参数与晶体需要微调的匹配角度对应，通过补偿晶体匹配角度微调量来保持OPA系统的工作状态，准确的温度与晶体最佳匹配角度的关联曲线通过实际实验数据来建立，并建立数据库，通过自动控制软件形成温度-匹配角的关联。当得到需要补偿的晶体微调角度后，将晶体基准匹配角度修改添加微调角度量，通过控制晶体的调整架，使得晶体调节为温度修正后的最佳匹配角度。

所述的晶体与分光镜在设定基准后，其位置固定，需要调节的晶体或镜面的角度为小量(<±0.5°)；如需大范围调节角度，可重新标定晶体(镜面)的基准值。

如信号光的光斑远大于泵浦光的光斑，可只对信号光和泵浦光的远场进行监控与准直校准。

上述模块中的监控与自动控制技术，同样适用于倍频光路或其他涉及对光束入射角度与晶体调节角度很敏感的非线性光学光路中。

该装置可广泛应用于超短脉冲激光系统OPCPA放大部分，适用于对装置有稳定性输出要求的装置，尤其适用于工程与大口径晶体大能量OPCPA输出的情况。

本发明的技术效果：

1)利用本发明装置可实现参量放大装置长期稳定工作。

2)通过对关键光束参数的监控与自动控制，可实现对信号光，泵浦光近远场的准确复原，并可对两束光的非共线夹角实现在线精确与调节。

3)通过标定晶体角度与温度变化的参数曲线，建立温度与晶体角度的参量关联，可实现对晶体的最佳匹配状态的自动调节，从而大大降低参量放大装置状态对周围环境的依赖。

4)本装置可广泛应用于超短脉冲激光工程装置与系统中，尤其适用于大口径大能量参量放大输出的装置中。

附图说明

图1是本发明用于非共线参量放大光路的自动监控装置实施例的结构示意图；

图2是本发明监控与自动准直与控制的原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1-非共线参量放大光路的自动监控装置

请参阅图1，图1是本发明用于非共线参量放大光路的自动监控装置实施例的结构示意图。由图可见，本发明用于非共线参量放大光路的自动监控装置，包括信号光和泵浦光，还包括控制计算机17，步进电机伺服系统21；沿信号光方向依次是第一信号光反射镜1、第二信号光反射镜2、合束镜3、OPA晶体4、分光镜8、第三信号光反射镜9、信号光衰减片11和信号光近远场监测单元12，在第三信号光反射镜9的反射光方向是第四信号光反射镜10；沿所述的泵浦光方向依次是泵浦光反射镜15、合束镜3、OPA晶体4、分光镜8、泵浦光衰减片7和泵浦光近远场监测单元6；在所述的OPA晶体4输出面一侧设置第一模拟平行光源5，在该第一模拟平行光源5的光透过所述的OPA晶体4方向设置第一模拟光源的远场基准校准单元13，在第一模拟平行光源5经所述的OPA晶体4的反射光方向设置反射光近远场监测单元14，在所述的分光镜8的反射面的对面的垂直方向设置第二模拟平行光源18，在所述的分光镜8的反射面的垂直方向设置第二模拟平行光源远场基准校准单元20；在所述的晶体4的边缘设置温度探头16，所述的第一信号光反射镜1、第二信号光反射镜2、合束镜3、OPA晶体4和分光镜8均具有电动镜架；

所述的第一模拟光源的远场基准校准单元13、第二模拟平行光源远场基准校准单元20、泵浦光近远场监测单元6、信号光近远场监测单元12、反射光近远场监测单元14和温度探头16的输出端均与所述的控制计算机17的输入端相连，所述的控制计算机17的输出端与所述的步进电机伺服系统21的输入端相连，所述的步进电机伺服系统21的输出端分别与所述的第一信号光反射镜1的电动镜架、第二信号光反射镜2的电动镜架、合束镜3的电动镜架、OPA晶体4的电动镜架、分光镜8电动镜架的控制端相连；

所述的信号光经第一信号光反射镜1、第二信号光反射镜2透过合束镜3注入参量放大光路中，透过OPA晶体4、分光镜8后，经第三信号光反射镜9、第四信号光反射镜10输出，透过第三信号光反射镜9的剩余信号光经信号光衰减片11由所述的信号光近远场监测单元12检测。

本实施例用于非共线参量放大光路的自动监控装置的自动监控方法，第一次使用时包括下列步骤：

1)在线小能量条件下将光路系统调节至最佳匹配状态，在调试过程中，信号光与泵浦光输出均为小能量状态，在此调试能量下，退出所述的泵浦光衰减片7与信号光衰减片11，保证在测量光束的远近场时CCD处于正常曝光范围；设定自动监控的基准，包括：

①由所述的计算机17通过所述的步进电机伺服系统21驱动所述的第一信号光反射镜1和第二信号光反射镜2的电动镜架调节所述的第一信号光反射镜1和第二信号光反射镜2的位置，通过所述的信号光近远场监控单元12的测量，使信号光入射光束近远场位置回到基准位置，并将此时第一信号光反射镜1和第二信号光反射镜2的位置称为基准位置并输入所述的计算机17存储；

②所述的第一模拟平行光源5输出的第一模拟平行光透过所述的OPA晶体4的光束经透镜聚焦，其远场位置由第一模拟光源的远场基准校准单元13监测，并将此时模拟光远场位置设定为基准位；该第一模拟平行光同时被所述的OPA晶体4面反射的光束经透镜聚焦后的远场由所述的晶体反射光远场监测单元14监测，获得所述的OPA晶体4位置信号光基准近远场数据，并将此位置标定设为所述的晶体4的匹配角基准位置并输入所述的计算机17存储；

③所述的第二模拟平行光源18输出的第二模拟平行光透过所述的分光镜8由所述的第二模拟光源远场基准校准单元20检测；在所述的泵浦光分光镜8反射面的第二反射光远场监测单元19检测，获得所述的分光镜8的标准位置，输入所述的计算机17存储；

④所述的晶体温度探头16对所述的OPA晶体4边缘的温度进行检测，获得所述的OPA晶体4的基准温度并输入所述的计算机17存储；

⑤所述的信号光近远场监控单元12获得信号光基准近远场数据输入所述的计算机17存储；所述的泵浦光近远场监测单元6获得泵浦光基准近远场数据输入所述的计算机17存储；

2)在计算机的控制下，插入所述的泵浦光衰减片7和信号光衰减片11，所述的非共线参量放大光路处于正常工作状态，所述的自动校准的步骤如下：

①所述的信号光近远场监控单元12得到的实时信号光近远场数据传输至所述的控制计算机17，该控制计算机17将该数据与所述的信号光基准近远场数据相比较，得到需调节的偏离量，根据该偏离量，通过所述的步进电机伺服系统21控制第一信号光反射镜1的电动镜架以调节信号光近场位置回到基准位置，再通过控制第二信号光反射镜2的电动镜架调节信号光远场位置回到基准位置，再比较调节后的近远场位置与基准信号光近远场的偏离量，重新进行上述调节，使信号光实时的近远场位置与基准位置偏差收敛至满足误差要求；

②所述的泵浦光经由泵浦光反射镜15反射后由合束镜3反射注入参量放大光路中，透过OPA晶体4后经泵浦光分光镜8反射后，由泵浦光衰减片7衰减后注入泵浦光近远场监测单元6，所述的泵浦光近远场监控单元6得到实时的泵浦光近远场数据传输至所述的控制计算机17，该控制计算机17将该数据与所述的泵浦光基准近远场数据相比较，得到需调节的偏离量，根据该偏离量数据，通过所述的步进电机伺服系统21控制所述的泵浦光反射镜15的电动镜架以调节泵浦光近场位置至基准位置，再通过控制所述的合束镜3的电动镜架调节泵浦光远场位置至基准位置，调节完毕后，再比较调节后的近远场位置与基准信号光近远场的偏离量，重新再进行上述调节，使泵浦光实时近远场位置与基准位置偏差收敛至满足误差要求；

③所述的第一模拟光源的远场基准校准单元13、第二模拟平行光源远场基准校准单元20得到所述的OPA晶体4和分光镜8实时的远场位置信息，根据此时远场位置与基准值的偏离量来调整第一模拟平行光源5的电动调整架、第二模拟平行光源18的电动调整架，使之回到基准位置；在调整好模拟光的方位角度后，由所述的第一反射光远场监测单元14检测第一模拟平行光的反射光束远场，由所述的第二反射光远场监测单元9检测第二模拟平行光的反射光束远场，由第一反射光远场监测单元14、第二反射光远场监测单元19分别得到所述的OPA晶体4或分光镜8的模拟光反射远场数据输入所述的计算机17，所述的控制计算机17根据此时反射光的远场数据与相应基准值的偏离量，向所述的步进电机伺服系统21输出调节控制信号，调整所述的OPA晶体4的与分光镜8的电动调整架，使各自的远场位置回到基准位置；

④所述的晶体温度探头16实时对OPA晶体4边缘的温度变化进行监测，并将数据输入所述的控制计算机17，该控制计算机17将采集到的实时温度信号参数与晶体需要微调的匹配角度通过查配数据库对应，输出调控数据通过所述的步进电机伺服系统21控制所述的OPA晶体4的电动调整架的位置，补偿晶体匹配角度的微调量，以保持系统的工作状态；

所述的泵浦光近远场监测单元6对泵浦光与所述的信号光近远场监控单元12对信号光的近远场同时监测，并准确测量光束非共线角度，所述的分光镜8将泵浦光与信号光分成互相垂直的两个方向，所述的分光镜8设计为对信号光45度双面全透，同时对泵浦光45度A面全反，初始非共线夹角为固定值θ0，如需修正非共线夹角量为Δθ＝f.d，可对两光束(泵浦光，信号光)的远场焦斑距离标准校准位置的定量实现，式中，△θ为修正角度，f为远场测量透镜的焦距，d为远场焦斑偏离基准位置的距离，该值可通过计算落在CCD上光斑的偏离量得到，则可得到准确的信号光与泵浦光的非共线夹角为θ0+Δθ。

所述的OPA晶体与镜面角度监控模块，晶体与镜面角度自动控制模块，其特征是：OPA晶体4与分光镜8在设定基准后，其位置固定，需要调节的晶体或镜面的角度为小量(<±0.50)；如需大范围调节角度，可重新标定OPA晶体(镜面)的基准值。

在泵浦光与信号光近场耦合大情况下，(如信号光的光斑远大于泵浦光)可只对信号光和泵浦光的远场进行监控与准直校准。

本实施例中，OPA过程中信号光与泵浦光的初始非共线夹角可通过分别架设可见波段共线模拟光来调节，通过计算晶体面(此处为两束模拟光交叉位置)后传输的距离与光束分离距离比，我们可按非共线夹角的具体要求调节好两束光的走向；在此条件下，通过调节晶体的匹配角度，在线小能量条件下将光路系统调节至最佳匹配状态。之后我们以此状态来设定监控与自动控制的基准。

在设定好基准后，OPA晶体标准的自动控制流程是，首先检测模拟平行光方向是否偏离了基准位置，如在晶体模拟光源远场基准校准单元13中远场位置有偏离，通过控制第一模拟平行光5的二维电动调整架，使之回到基准位置；然后检测OPA晶体反射光远场检测包14中远场位置，如有偏离，通过控制OPA晶体4二维电动调整架使之远场回到基准位置，从而实现对晶体角度调节的自准直控制。

如需进一步实现温度变化对系统工作状态的控制可在OPA晶体4晶体边缘设置测量OPA晶体实时温度的测量探头16，采集到的OPA晶体实时温度信号参数与OPA晶体需要微调的晶体角度量相对应，并可得到在晶体反射光远场检测包处的远场偏离量，在得到远场偏离量后，将OPA晶体反射光远场检测包14的远场基准位置上添加修正量，得到新的远场基准。(加入温度影响的修正值后)再以此标准调整OPA晶体角度，以维持系统稳定工作。(准确的温度与晶体最佳匹配角度的关联曲线可通过实验数据来建立，并建立关联数据库)。

图1所示，为保证监测中信号光与泵浦光非共线夹角监测的可靠性，需对分光镜8的初始镜面进行标定与角度恢复。

图1所示，在分光反射镜8一侧侧向架设第二模拟平行光源18，第二模拟平行光透过镜面的光束经透镜聚焦，其远场位置由镜面第二模拟平行光源远场基准校准单元20监测，并将此时模拟光远场位置设定为基准位；同时模拟光被镜面反射的光束经透镜聚焦后的远场由镜面反射光远场监测单元19监测，并将此时的位置标定为镜面基准位置。

在设定好基准后，标准的分光镜8镜面的流程是，首先检测模拟平行光18方向是否偏离了基准位置，如在监测包20中远场位置有偏离，通过控制模拟平行光18的二维电动调整架，使之回到基准位置；然后检测镜面反射光远场检测包19中远场位置，如有偏离，通过控制分光镜8的二维电动调整架使之远场回到基准位置，从而实现对分光镜8的角度基准恢复。

图1所示，在参量放大光路中，泵浦光经由泵浦光反射镜15与合束镜3，到达参量放大非线性晶体4，透过OPA晶体4后的泵浦光由分离镜8反射至泵浦光近远场监测包6，其近场成像的物面设定在OPA晶体4前表面附近。在调试好参量放大状态后，将此时入射泵浦光近远场位置标定为基准位置，此后以此为基准，由自准直控制系统通过调节反射镜15与3，使泵浦光入射光束近远场位置回到基准位置。准直过程结束后，移入泵浦光衰减片7(或关闭挡光板7)，以防止大能量工作时损坏监测包内CCD等器件。

同时参量放大过程中的信号光经由第一信号光反射镜1、第二信号光反射镜2反射，再透过参量放大合束镜3，非线性晶体4与泵浦光分光镜8，信号光第三与第四反射镜9与10反射至后级系统。信号光近远场监测包设定在反射镜9后，在调试好参量放大状态后，将此时入射信号光近远场位置标定为基准位置，其中信号光近场成像的物面也设定在OPA晶体4前表面附近，此后以此为基准，在小信号调试状态下，由自准直控制系统通过调节第一反射镜1与第二反射镜2，使信号光入射光束近远场位置回到基准位置。准直过程结束后，移入信号光衰减片11(或关闭挡光板11)，以防止大能量工作时损坏监测包内CCD等器件。

图2所示中，系统各监控单元在调试状态下，分别将泵浦光与信号光光束的近远场参数以及晶体实时角度与温度等参数汇总输入自动准直软件控制系统中，根据各自的标定基准，由软件控制相关的电动调整架将各个光束近远场与晶体调节角度稳定在基准位置，以保障整个系统的工程工作状态。

上述技术大部在SGII5PW装置中已得到验证与使用，本发明装置通过对信号光与泵浦光束近远场的监控与自准直控制，非共线夹角的精确监控与在线调节，同时对晶体最佳匹配角度的监控与自动调节，可解决参量放大装置工程化长期稳定运行的问题，可在相关参量放大与倍频装置中使用，并在大口径大能量参量放大的装置中得到应用。

需要说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种用于非共线参量放大光路的自动监控装置，包括信号光和泵浦光，还包括控制计算机(17)，步进电机伺服系统(21)；沿信号光方向依次是第一信号光反射镜(1)、第二信号光反射镜(2)、合束镜(3)、晶体(4)、分光镜(8)、第三信号光反射镜(9)、信号光衰减片(11)和信号光近远场监测单元(12)，在第三信号光反射镜(9)的反射光方向是第四信号光反射镜(10)；沿所述的泵浦光方向依次是泵浦光反射镜(15)、合束镜(3)、晶体(4)、分光镜(8)、泵浦光衰减片(7)和泵浦光近远场监测单元(6)；在所述的晶体(4)输出面一侧设置第一模拟平行光源(5)，在该第一模拟平行光源(5)光透过所述的晶体(4)方向设置第一模拟光源的远场基准校准单元(13)，在第一模拟平行光源(5)经所述的晶体(4)的反射光方向设置反射光近远场监测单元(14)，在所述的分光镜(8)的反射面的对面的垂直方向设置第二模拟平行光源(18)，在所述的分光镜(8)的反射面的垂直方向设置第二模拟平行光源远场基准校准单元(20)；在所述的晶体(4)的边缘设置温度探头(16)，所述的第一信号光反射镜(1)、第二信号光反射镜(2)、合束镜(3)、晶体(4)、泵浦光分光镜(8)均具有电动镜架；

所述的第一模拟光源的远场基准校准单元(13)、第二模拟平行光源远场基准校准单元(20)、泵浦光近远场监测单元(6)、信号光近远场监测单元(12)、反射光近远场监测单元(14)和温度探头(16)的输出端均与所述的控制计算机(17)的输入端相连，所述的控制计算机(17)的输出端与所述的步进电机伺服系统(21)的输入端相连，所述的步进电机伺服系统(21)的输出端分别与所述的第一信号光反射镜(1)的电动镜架、第二信号光反射镜(2)的电动镜架、合束镜(3)的电动镜架、非线性晶体(4)的电动镜架、分光镜(8)电动镜架的控制端相连；

所述的信号光经第一信号光反射镜(1)、第二信号光反射镜(2)透过合束镜(3)注入参量放大光路中，透过晶体(4)、分光镜(8)后，由第三信号光反射镜(9)、第四信号光反射镜(10)输出，透过第三信号光反射镜(9)的剩余信号光经信号光衰减片(11)由所述的信号光近远场监测单元(12)检测；其特征在于：采用自动监控方法包括下列步骤：

1)在线小能量条件下将光路系统调节至最佳匹配状态，在调试过程中，信号光与泵浦光输出均为小能量状态，在此调试能量下，退出所述的泵浦光衰减片(7)与信号光衰减片(11)，保证在测量光束的远近场时CCD处于正常曝光范围；设定自动监控的基准，包括：

①由所述的计算机(17)通过所述的步进电机伺服系统(21)驱动所述的第一信号光反射镜(1)和第二信号光反射镜(2)的电动镜架调节所述的第一信号光反射镜(1)和第二信号光反射镜(2)的位置，通过所述的信号光近远场监控单元(12)的测量，使信号光入射光束近远场位置回到基准位置，并将此时第一信号光反射镜(1)和第二信号光反射镜(2)的位置称为基准位置并输入所述的计算机(17)存储；

②所述的第一模拟平行光源(5)输出的第一模拟平行光透过所述的晶体(4)的光束经透镜聚焦，其远场位置由第一模拟光源的远场基准校准单元(13)监测，并将此时模拟光远场位置设定为基准位；该第一模拟平行光同时被所述的晶体(4)面反射的光束经透镜聚焦后的远场由所述的晶体反射光近远场监测单元(14)监测，获得所述的晶体(4)位置信号光基准近远场数据，并将此位置标定设为所述的晶体(4)的匹配角基准位置并输入所述的计算机(17)存储；

③所述的第二模拟平行光源(18)输出的第二模拟平行光透过所述的分光镜(8)由所述的第二模拟光源远场基准校准单元(20)检测；在所述的泵浦光分光镜(8)反射面的第二反射光远场监测单元(19)检测，获得所述的分光镜(8)的标准位置，输入所述的计算机(17)存储；

④所述的晶体温度探头(16)对所述的晶体(4)边缘的温度进行检测，获得所述的晶体(4)的基准温度并输入所述的计算机(17)存储；

⑤所述的信号光近远场监控单元(12)获得信号光基准近远场数据输入所述的计算机(17)存储；所述的泵浦光近远场监测单元(6)获得泵浦光基准近远场数据输入所述的计算机(17)存储；

2)在计算机的控制下，插入所述的泵浦光衰减片(7)和信号光衰减片(11)，所述的非共线参量放大光路处于正常工作状态，所述的自动校准的步骤如下：

①所述的信号光近远场监控单元(12)得到的实时信号光近远场数据传输至所述的控制计算机(17)，该控制计算机(17)将该数据与所述的信号光基准近远场数据相比较，得到需调节的偏离量，根据该偏离量，通过所述的步进电机伺服系统(21)控制第一信号光反射镜(1)的电动镜架以调节信号光近场位置回到基准位置，再通过控制第二信号光反射镜(2)的电动镜架调节信号光远场位置回到基准位置，再比较调节后的近远场位置与基准信号光近远场的偏离量，重新进行上述调节，使信号光实时的近远场位置与基准位置偏差收敛至满足误差要求；

②所述的泵浦光经由泵浦光反射镜(15)反射后由合束镜(3)反射注入参量放大光路中，透过晶体(4)后经泵浦光分光镜(8)反射后，由泵浦光衰减片(7)衰减后注入泵浦光近远场监测单元(6)，所述的泵浦光近远场监控单元(6)得到实时的泵浦光近远场数据传输至所述的控制计算机(17)，该控制计算机(17)将该数据与所述的泵浦光基准近远场数据相比较，得到需调节的偏离量，根据该偏离量数据，通过所述的步进电机伺服系统(21)控制所述的泵浦光反射镜(15)的电动镜架以调节泵浦光近场位置至基准位置，再通过控制所述的合束镜(3)的电动镜架调节泵浦光远场位置至基准位置，调节完毕后，再比较调节后的近远场位置与基准信号光近远场的偏离量，重新再进行上述调节，使泵浦光实时近远场位置与基准位置偏差收敛至满足误差要求；

③所述的第一模拟光源的远场基准校准单元(13)、第二模拟平行光源远场基准校准单元(20)得到所述的晶体(4)和分光镜(8)实时的远场位置信息，根据此时远场位置与基准值的偏离量来调整第一模拟平行光源(5)的电动调整架、第二模拟平行光源(18)的电动调整架，使之回到基准位置；在调整好模拟光的方位角度后，由所述的第一反射光近远场监测单元(14)检测第一模拟平行光的反射光束远场，由所述的第二反射光远场监测单元(19)检测第二模拟平行光的反射光束远场，由第一反射光远场监测单元(14)、第二反射光远场监测单元(19)分别得到所述的晶体(4)或分光镜(8)的模拟光反射远场数据输入所述的计算机(17)，所述的控制计算机(17)根据此时反射光的远场数据与相应基准值的偏离量，向所述的步进电机伺服系统(21)输出调节控制信号，调整所述的晶体(4)的与分光镜(8)的电动调整架，使各自的远场位置回到基准位置；

④所述的晶体温度探头(16)实时对晶体(4)边缘的温度变化进行监测，并将数据输入所述的控制计算机(17)，该控制计算机(17)将采集到的实时温度信号参数与晶体需要微调的匹配角度通过查配数据库对应，输出调控数据通过所述的步进电机伺服系统(21)控制所述的晶体(4)的电动调整架的位置，补偿晶体匹配角度的微调量，以保持系统的工作状态；

所述的泵浦光近远场监测单元(6)对泵浦光与所述的信号光近远场监控单元(12)对信号光的近远场同时监测，并准确测量光束非共线角度，所述的分光镜(8)将泵浦光与信号光分成互相垂直的两个方向，所述的分光镜(8)设计为对信号光45度双面全透，同时对泵浦光45度A面全反，初始非共线夹角为固定值θ₀，如需修正非共线夹角量为Δθ＝f.d，可对泵浦光和信号光的远场焦斑距离标准校准位置的定量实现，式中，△θ为修正角度，f为远场测量透镜的焦距，d为远场焦斑偏离基准位置的距离，该值可通过计算落在CCD上光斑的偏离量得到，则可得到准确的信号光与泵浦光的非共线夹角为θ₀+Δθ。

2.根据权利要求1所述的用于非共线参量放大光路的自动监控装置，其特征在于：所述的晶体(4)边缘设置测量晶体实时温度的测量探头，采集到的实时温度信号参数与晶体需要微调的匹配角度对应，通过补偿晶体匹配角度微调量来保持OPA系统的工作状态，准确的温度与晶体最佳匹配角度的关联曲线通过实际实验数据来建立，并建立数据库，通过自动控制软件形成温度-匹配角的关联；当得到需要补偿的晶体微调角度后，将晶体基准匹配角度修改添加微调角度量，通过控制晶体4的调整架，使得晶体调节为温度修正后的最佳匹配角度。

3.根据权利要求1或2所述的用于非共线参量放大光路的自动监控装置，其特征在于所述的晶体(4)为OPA晶体、倍频晶体或其他非线性晶体。

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