一种超短脉冲时间同步的测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及到一种超短脉冲时间同步的测量装置，该测量装置包括有光学延迟线、第一半透半反镜、第二半透半反镜、透镜、非线性晶体、小孔光阑、第一光电二极管、半波片、合束器、四分之一波片、偏振分束器、第二光电二极管、第三光电二极管和减法器；测量方法是采用光学互相关测量时间同步，即由第一光电二极管获得和频光信号的最大值，使两束待测超短脉冲初步达到时间同步；采取电学能量平衡法进一步提升时间同步测量精度，在初步时间同步的基础上，若减法器输出信号为0，则两束超短脉冲达到高精度时间同步。本发明专利技术的时间同步测量精度可达亚飞秒量级，能够用于皮秒、飞秒等超短脉冲激光的时间同步测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学领域，特别涉及到多束超短脉冲之间时间同步的测量装置和测量方法。
技术介绍
超强超短激光系统的研制引起了人们极大的兴趣，超相对论强度水平(>1023 W/cm2)的激光系统可用来研究各种现象，如激光-等离子电子、离子加速、硬X射线、相对论自聚焦等。受限于放大器和压缩元件的尺寸、损伤阈值、热效应以及非线性效应，当前单路激光系统的峰值强度记录为2*1022W/cm2。若采用相干组束则有望进一步提高激光系统的峰值强度，而超短脉冲的高效相干组束对脉冲间的时间同步提出了极高的要求，飞秒脉冲的有效相干叠加要求各路脉冲的相对时间抖动为亚飞秒量级。现有技术中超短脉冲时间同步的测量方法主要有:光谱干涉法(参见PlasmaPhysics and Controlled Fus1n, 2008, vol.50, 124045)、光学互相关法(参见Applied Physics B, 2009, vol.97，445)等。其中，光谱干涉法的时间同步精度较低，通常为数十飞秒。最为常用的是光学互相关法，但光学互相关法的测量精度与脉冲宽度有关，脉冲宽度越窄，测量精度越高。对于亚飞秒乃至百阿秒量级的时间同步测量精度则鲜有报道。中国专利技术专利号为201410264530.7的《多束超短脉冲时间同步和相位同步的诊断装置及诊断方法》，其采用的是皮秒脉冲光源，测量方法是光学互相关方法测量时间同步，即将两待测脉冲线聚焦到晶体中，其采用观测焦斑形态的方法判断相位同步。由于他采用的是皮秒光源，所以他的同步精度较低，只能是百飞秒量级。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种新的用于超短脉冲时间同步的测量装置及测量方法。本专利技术的测量装置及测量方法在采用在光学互相关测量时间同步的基础上，采取电学能量平衡法进一步提升时间同步测量精度，使得时间同步测量精度达到亚飞秒量级。为了达到上述专利技术目的，本专利技术专利提供的技术方案如下:一种超短脉冲时间同步的测量装置，其特征在于，该测量装置包括有光学延迟线、第一半透半反镜、第二半透半反镜、第一反射镜、透镜、非线性晶体、小孔光阑、第一光电二极管、半波片、合束器、四分之一波片、偏振分束器、第二光电二极管、第三光电二极管和减法器；所述的光学延迟线由两块反射镜组成并设置在精密平移台上，该两块反射镜垂直放置，所述的精密平移台沿光束入射方向前后移动； 两束待测的超短脉冲激光平行入射，第一束待测超短脉冲依次经过光学延迟线和第一半透半反镜，经所述的第一半透半反镜透射后垂直地入射至所述的透镜，第二束待测超短脉冲先经第二半透半反镜反射后再经第一反射镜反射垂直地入射至所述的透镜中，入射至所述透镜中的第一束待测超短脉冲和第二待测超短脉冲相互平行，经过所述透镜聚焦的两束待测超短脉冲入射至所述的非线性晶体，由非线性晶体出射两束待测超短脉冲的倍频光以及和频光，所述的小孔光阑阻挡住两束待测超短脉冲的倍频光但容许和频光通过，两束待测超短脉冲的和频光入射至所述的第一光电二极管中； 所述第二束待测超短脉冲经第二半透半反镜透射后经过所述的半波片，透过半波片的第二待测超短脉冲入射至所述的合束器中，所述的第一束待测超短脉冲经所述的第一半透半反镜反射后入射至所述的合束器中，经过所述合束器的第一束待测超短脉冲和第二束待测超短脉冲再通过所述的四分之一波片入射至所述的偏振分束器中，经偏振合分束器分束后分别入射至所述的第二光电二极管和第三光电二极管，所述的第二光电二极管和第三光电二极管均连接于所述的减法器，由减法器的输出电压信号判断两束待测超短脉冲的时间同步情况。在本专利技术超短脉冲时间同步的测量装置中，所述第一束待测超短脉冲和第二束待测超短脉冲的光束行进方向为z轴，X轴为与光束行进方向垂直的面内的水平轴，所述的半波片的光轴与X轴呈45度，所述的四分之一波片的光轴与X轴呈45度。在本专利技术超短脉冲时间同步的测量装置中，所述的非线性晶体包括偏磷酸钡(BBO)、磷酸二氢钾(KDP)、三硼酸锂(LBO)。在本专利技术超短脉冲时间同步的测量装置中，判断两束待测超短脉冲的时间同步情况的方法为:移动光学延迟线，使得第一光电二极管获得和频光信号的最大值，达到两束待测超短脉冲初步达到时间同步；进一步调节光学延迟线，若减法器输出信号为0，则两束超短脉冲达到高精度时间同步，两束所述的待测超短脉冲的同步精度为300as。一种利用上述测量装置实现两束待测超短脉冲时间同步的测量方法，其特征在于，该方法包括如下具体步骤: 第一步，组装完成超短脉冲时间同步的测量装置； 第二步，将第一束待测超短脉冲经过光学延迟线、第一半透半反镜后垂直地入射到所述的透镜中，第二束超短待测脉冲经过第二半透半反镜和第一反射镜后垂直地入射到所述的透镜中，两束待测超短脉冲相互平行地入射到所述的透镜上，经所述的透镜聚焦的两束待测超短脉冲入射到所述的非线性晶体中，由非线性晶体出射的光束通过小孔光阑后再由第一光电二极管接收，通过移动精密平移台来变换光学延迟线的位置，使得第一光电二极管的和频光信号达到最大值，则此时两束待测超短脉冲初步达到时间同步； 第三步，第二束待测超短脉冲通过第二半透半反镜透射，再经半波片达到合束器，第一束待测超短脉冲通过第一半透半反镜反射后达到所述的合束器，合束后的两束待测超短脉冲经过四分之一波片后抵达偏振分束器，经偏振分束器分为反射光和透射光，反射光投射到第二光电二极管上，透射光投射到第三光电二极管上，第二光电二极管和第三光电二极管输出的信号均进入减法器； 第四步，由减法器输出的电压信号判断两束待测超短脉冲的时间同步情况，在两束待测超短脉冲初步达到时间同步后，进一步精确调节光学延迟线的位置，若减法器输出信号为0，则两束待测超短脉冲到高精密时间同步，时间同步精度能够达到300as。在所述测量方法的第二步中，调节光学延迟线，使得和频光信号为最大值的一半，检测该处和频光信号的时间稳定性，以实现对时间同步稳定性的监控。在所述测量方法的第三步中，在减法器输出的信号为O时，监测该处输出信号在I小时的稳定性，在开环状态下I小时内可将同步范围稳定在三个波长以内，若采用闭环控制，则将时间同步稳定在亚飞秒量级。基于上述技术方案，本专利技术的测量装置和测量方法在超短脉冲时间同步的操作中取得了如下技术效果: 1.本专利技术采用在光学互相关测量时间同步的基础上，采取电学能量平衡法进一步提升时间同步测量精度。2.本专利技术的时间同步测量精度可达亚飞秒量级，能够用于高能皮秒拍瓦激光、飞秒激光等超短脉冲的时间同步测量。3.本专利技术能够实现多束超短脉冲的时间同步测量与稳定性监控，对于实现超短脉冲高效相干组束具有重要的意义。【附图说明】图1是本专利技术超短脉冲时间同步的测量装置简图。图2是采用光学互相关法，使得两束待测超短脉冲和频信号达到最大值的一半后，监测该处强度值在Ih内的时间稳定性曲线。图3是采用电学能量平衡法，将两束待测超短脉冲达到高精密时间同步后，减法器输出信号在Ih内的稳定性曲线。【具体实施方式】下面我们结合附图和具体的实施例来对本专利技术超短脉冲之间时间同步的测量装置和测量方法做进一步的详细阐述，以求更为清楚明了地理解其具体结构和实现过程，但不能以此来限制本专利技术专利保护范围。先请看图1，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超短脉冲时间同步的测量装置，其特征在于，该测量装置包括有光学延迟线、第一半透半反镜、第二半透半反镜、第一反射镜、透镜、非线性晶体、小孔光阑、第一光电二极管、半波片、合束器、四分之一波片、偏振分束器、第二光电二极管、第三光电二极管和减法器；所述的光学延迟线由两块反射镜组成并设置在精密平移台上，该两块反射镜垂直放置，所述的精密平移台沿光束入射方向前后移动；两束待测的超短脉冲激光平行入射，第一束待测超短脉冲依次经过光学延迟线和第一半透半反镜，经所述的第一半透半反镜透射后垂直地入射至所述的透镜，第二束待测超短脉冲先经第二半透半反镜反射后再经第一反射镜反射垂直地入射至所述的透镜中，入射至所述透镜中的第一束待测超短脉冲和第二待测超短脉冲相互平行，经过所述透镜聚焦的两束待测超短脉冲入射至所述的非线性晶体，由非线性晶体出射两束待测超短脉冲的倍频光以及和频光，所述的小孔光阑阻挡住两束待测超短脉冲的倍频光但容许和频光通过，两束待测超短脉冲的和频光入射至所述的第一光电二极管中；所述第二束待测超短脉冲经第二半透半反镜透射后经过所述的半波片，透过半波片的第二待测超短脉冲入射至所述的合束器中，所述的第一束待测超短脉冲经所述的第一半透半反镜反射后入射至所述的合束器中，经过所述合束器的第一束待测超短脉冲和第二束待测超短脉冲再通过所述的四分之一波片入射至所述的偏振分束器中，经偏振合分束器分束后分别入射至所述的第二光电二极管和第三光电二极管，所述的第二光电二极管和第三光电二极管均连接于所述的减法器，由减法器的输出电压信号判断两束待测超短脉冲的时间同步情况。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔勇，高妍琦，赵泽希，饶大幸，单炯，杨学东，王韬，徐光，马伟新，戴亚平，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31