一种基于射频谱转换的实时自相关仪及波形测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于射频谱转换的实时自相关仪及波形测量方法，属于时域脉冲波形测量领域。方法包括：步骤S1，分别输出脉冲激光和连续激光作为待测信号和泵浦光，将待测信号和泵浦光耦合后形成一束光；步骤S2，对耦合后的光束进行交叉相位调制，使待测信号的射频信息加载到泵浦光的光谱上，得到待测信号的射频谱；步骤S3，将所述待测信号的射频谱进行色散拉伸，形成映射到时域的射频谱；步骤S4，将所述映射到时域的射频谱进行光电转换，得到射频信号，并将所述射频信号进行逆傅里叶变换，得到实时变化的脉冲自相关波形。总而言之，本发明专利技术能够提升实时自相关波形的测量速率，并提升自相关波形的观测窗口。相关波形的观测窗口。相关波形的观测窗口。

【技术实现步骤摘要】
一种基于射频谱转换的实时自相关仪及波形测量方法


[0001]本专利技术属于时域脉冲波形测量领域，更具体地，涉及一种基于射频谱转换的实时自相关仪及波形测量方法。

技术介绍

[0002]自相关仪作为一种表征时域自相关函数的仪器，具有高分辨率、高灵敏度和使用方便等优点，可以测量ps和fs量级的超窄脉冲宽度。
[0003]最常用的自相关仪是基于迈克尔逊干涉原理，通过分光棱镜将待测脉冲分为两路，其中一路信号通过一维方向反射镜扫描，从而带来延时，随后具有延时差的两束光经过非线性晶体产生自相关信号，将脉冲的时间测量转换为强度测量，进而得到自相关的图像。干涉型自相关仪根据测量方式的不同，又分为多次测量和单次测量。多次测量法是将分束之后的其中一束激光放在步进电机的反射镜上来回扫描，得到代表时间延时的自相关波形，该方法受限于机械移动的速率，刷新时间通常在s量级(Kikuchi,K."Highly sensitive interferometric autocorrelator using Si avalanche photodiode as two
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photon absorber."Electronics Letters 34.1(1998):123
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125.)。而单次测量，是将电动机带动反射镜在一维方向移动，将脉冲之间的扫描转化为时间，单次测量的方法避免了多次测量过程中步进电机带来的误差，并且提升了测量的速率至Hz量级(Raghuramaiah,M.,et al."A second/>‑
order autocorrelator for single
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shot measurement of femtosecond laser pulse durations."Sadhana 26.6(2001):603
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611.)。干涉测量法操作简单，但测量速率受限机械扫描速率，可在Hz量级实时观测脉冲信号。光谱相干电场重构法(SPIDER)通过将分束的两脉冲与一啁啾脉冲在非线性晶体中混频，携带啁啾的两脉冲在光谱仪中进相干，随后对曲线进行傅里叶变换，得到测量的自相关波形(Tawfik,Walid."Precise measurement of ultrafast laser pulses using spectral phase interferometry for direct electric
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field reconstruction."Journal of Nonlinear Optical Physics&Materials 24.04(2015):1550040.)。相干电场重构法灵敏度高，测量更准确，但是结构较复杂，操作繁琐，测量速率受限于光谱测量装置的测量速率，通常在几Hz。
[0004]除了上述自相关波形的测量方法，自相关波形还可以通过对射频谱进行逆傅里叶变换得到，大的射频测量带宽有效提高了自相关波形测量精度，射频谱的测量分辨率决定了自相关波形的观测窗口。传统的射频测量方法是基于电谱仪(ESA)和光电探测器(PD)，但是受限于电谱仪和探测器的探测带宽，一般射频谱测量范围不超过100GHz，进而限制了自相关波形的观测窗口。
[0005]射频谱除了电学测量方法，光学测量方法借助非线性介质，将待测射频信息的强度加载到泵浦光的相位上，突破了电学带宽的限制，测量带宽可以到达THz以上(Dorrer,Christophe,and D.N.Maywar."RF spectrum analysis of optical signals using nonlinear optics."Journal of lightwave technology 22.1(2004):266.)，但是测量速率依然受限于光谱测量装置。速度受限的射频谱测量系统限制了自相关波形的测量速率，
目前只能达在百Hz量级。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种基于射频谱转换的实时自相关仪及波形测量方法，其目的在于提升实时自相关波形的测量速率，并提升自相关波形的观测窗口。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于射频谱转换的实时自相关波形测量方法，包括如下步骤：
[0008]步骤S1，分别输出脉冲激光和连续激光作为待测信号和泵浦光，并将待测信号和泵浦光进行耦合后形成一束光；
[0009]步骤S2，对耦合后的光束进行交叉相位调制，将待测信号的射频信息加载到泵浦光的光谱上，得到待测信号的射频谱；
[0010]步骤S3，将所述待测信号的射频谱进行色散拉伸，形成映射到时域的射频谱；
[0011]步骤S4，将所述映射到时域的射频谱进行光电转换，得到射频信号，并将所述射频信号进行逆傅里叶变换，得到实时变化的脉冲自相关波形。
[0012]进一步地，步骤S1中，将待测信号和泵浦光耦合形成一束光之前，还包括调整待测信号和泵浦光的偏振态，使两者的偏振态保持一致。
[0013]进一步地，步骤S1中，将待测信号和泵浦光耦合形成一束光之前，还包括对输出的待测信号和泵浦光进行功率放大。
[0014]进一步地，步骤S3中，将所述待测信号的射频谱进行色散拉伸之前，还包括对待测信号的射频谱进行滤波。
[0015]按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于射频谱转换的实时自相关仪，包括：
[0016]脉冲光源，用于输出脉冲激光作为待测信号；
[0017]连续泵浦光源，用于输出连续的泵浦光；
[0018]光耦合器，用于将待测信号和泵浦光进行耦合后合成一束光；
[0019]非线性介质，用于将耦合后的合束光进行交叉相位调制，使待测信号的射频信息加载到泵浦光的光谱上，得到待测信号的射频谱；
[0020]大色散单元，用于将所述待测信号的射频谱进行色散拉伸，形成映射到时域的射频谱；
[0021]光电探测器，用于将所述时域的射频谱进行光电转换，得到射频信号；
[0022]高速数模转换器，用于记录映射到时域的射频信号，并将其进行逆傅里叶变换，得到实时变化的脉冲自相关波形。
[0023]进一步地，所述大色散单元是啁啾布拉格光栅或由色散补偿光纤和大有效面积光纤组成。
[0024]进一步地，所述非线性介质是高非线性光纤或非线性波导。
[0025]进一步地，还包括：第一偏振控制器和第二偏振控制器，所述第一偏振控制器位于脉冲光源与光耦合器之间，所述第二偏振控制器位于连续泵浦光源与光耦合器之间。
[0026]进一步地，还包括：第一放大器和第二放大器，所述第一放大器位于脉冲光源与光耦合器之间，所述第二放大器位于连续泵浦光源与光耦合器之间。
[0027]进一步地，还包括：位于脉冲光源与光耦合器之间的第一滤波器；和/或位于非线性介质和大色散单元之间的第二滤波器。
[0028]总体而言，通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于射频谱转换的实时自相关波形测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，分别输出脉冲激光和连续激光作为待测信号和泵浦光，并将待测信号和泵浦光进行耦合后形成一束光；步骤S2，对耦合后的光束进行交叉相位调制，将待测信号的射频信息加载到泵浦光的光谱上，得到待测信号的射频谱；步骤S3，将所述待测信号的射频谱进行色散拉伸，形成映射到时域的射频谱；步骤S4，将所述映射到时域的射频谱进行光电转换，得到射频信号，并将所述射频信号进行逆傅里叶变换，得到实时变化的脉冲自相关波形。2.根据权利要求1所述的基于射频谱转换的实时自相关波形测量方法，其特征在于，步骤S1中，将待测信号和泵浦光耦合形成一束光之前，还包括调整待测信号和泵浦光的偏振态，使两者的偏振态保持一致。3.根据权利要求1所述的基于射频谱转换的实时自相关波形测量方法，其特征在于，步骤S1中，将待测信号和泵浦光耦合形成一束光之前，还包括对输出的待测信号和泵浦光进行功率放大。4.根据权利要求3所述的基于射频谱转换的实时自相关波形测量方法，其特征在于，步骤S3中，将所述待测信号的射频谱进行色散拉伸之前，还包括对待测信号的射频谱进行滤波。5.一种基于射频谱转换的实时自相关仪，其特征在于，包括：脉冲光源(1)，用于输出脉冲激光作为待测信号；连续泵浦光源(5)，用于输出连续的泵浦光；光耦合器(8)，用于将待测信号和泵浦光进行耦合后合成一束光；非线性介质(9)，用于将耦合后的合束光进行交叉相位调制，使待测信号的射频信息加载到泵浦光的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈燎，张新亮，王若兰，胡豪，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：