基于光克尔效应的超短脉冲同步测试装置与方法制造方法及图纸

一种基于光克尔效应的超短脉冲同步测试装置与方法。多束待同步的高功率密度超短脉冲经过光克尔介质后会发生感应双折射效应，该效应会瞬时改变参考光束的偏振特性，通过参考信号脉冲的振幅或者相位变化来测量多束超短脉冲之间的同步。该方法可以实现大角度的超短脉冲在靶点处的同步测量，具有测量精度高，可重复性好，稳定度高等优点。稳定度高等优点。稳定度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于光克尔效应的超短脉冲同步测试装置与方法


[0001]本专利技术涉及超短脉冲同步，强度测量，相位成像和三阶非线性领域，特别涉及多束超短脉冲之间的时间同步测量装置与方法。

技术介绍

[0002]随着高功率超短脉冲技术的发展，不同超短脉冲之间的时间同步问题被广泛的研究。例如在进行双锥对撞激光聚变点火研究时，要求多束来自不同角度的短脉冲需要同时轰击靶丸；对于高能拍瓦装置为了进一步提高峰值强度采用相干组束的方法，这也对脉冲之间的时间同步提出了很高的要求；对于可以实现各种瞬态过程测量的泵浦探测实验，高精度时间同步测量与控制也显得尤为重要。目前常见的测量超短脉冲同步的方案有：光电管结合示波器法、光谱干涉法、光学互相关法、激光等离子体法等。光电管结合示波器的方法是目前最常用的一种方法，但是受限于光电管和示波器的响应时间、带宽，目前的同步测量精度一般在10ps左右。光谱干涉方法只能用于宽带超短脉冲的同步测量，并且考虑干涉的情况，不适合用于成角度的聚焦脉冲之间的同步测量。光学互相关法利用两脉冲信号的和频信号强度获取相对延迟，该方法精度可以达到飞秒量级，但是这种方法因为非线性效应的影响，对于复杂波前测量较为困难。激光等离子体法适合进行大角度光束同步测量(Qihua Zhu et al 2018 Laser Phys.Lett.15 015301)，但是等离子体的产生需要激光功率密度高于10
15
W/cm2。
[0003]所以，目前上述方案无法同时满足用较低能量实现高精度、大角度的超短脉冲在靶点处的同步测量。<br/>
技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述超短脉冲同步技术的局限性，提出一种基于光克尔效应的超短脉冲同步测试装置与方法，利用介质光克尔效应，来判断同步脉冲的时间延迟。多束超短脉冲之间的不同时间延迟，经过光克尔介质后，信号脉冲的振幅和相位分布具有不同的变化，这可以有效提升超短脉冲的同步精度。本方法对同步精度进行了量化，对于液体的光克尔介质可以重复进行测量。具有稳定性高，时间同步精度高的特点。
[0005]本专利技术的技术解决方案如下：
[0006]一方面，本专利技术提供一种基于光克尔效应的超短脉冲同步测试装置，其特点在于，包括：
[0007]外部注入信号光，作为参考光，为皮秒脉冲光或飞秒脉冲光；
[0008]起偏器，用于调整所述的外部注入信号光的偏振方向；
[0009]延迟线，用于产生空间延迟，调节所述的外部注入信号光的时间延迟，并入射至光克尔介质；
[0010]光克尔介质，待2束或多束同步脉冲入射至该光克尔介质产生光克尔效应，从而改变所述的外部注入信号光的偏振态；
[0011]检偏器，该检偏器的光轴方向与所述的起偏器的光轴方向垂直，用于检测光克尔效应；
[0012]探测器，用于检测经检偏器透射或反射后的脉冲强度和相位分布；
[0013]控制及数据处理模块，用于控制所述的探测器和所有延迟线，并对获取的数据进行处理，获取不同待同步脉冲与外部注入信号光之间的延迟信息，与待同步脉冲的多束待同步脉冲同步；
[0014]第一束待同步脉冲、第N束待同步脉冲为需要实现同步的N束脉冲，为皮秒或飞秒脉冲光，其中N≥2；该N束待同步脉冲与外部注入信号光之间的夹角在(0，π)范围内；
[0015]第一路延迟线、第N路延迟线用于产生空间延迟，分别用来调节所述的第一束待同步脉冲，第N束待同步脉冲的时间延迟；
[0016]第一路半波片、第N路半波片分别用于控制经过第一路延迟线，第N路延迟线后的第一束待同步脉冲，第N束待同步脉冲的偏振方向，随后入射至光克尔介质内产生光克尔效应。
[0017]所述的探测器为光电管或光斑强度探测器或相位测量仪模块。
[0018]进一步，当所述的探测器为相位探测仪模块时，其特征在于，相位探测仪模块包括波前调制器模块和光斑探测器；
[0019]波前调制器模块，用于对所述的外部注入信号光进行相位调制；
[0020]光斑探测器，用于记录经所述的波前调制器模块调制后的外部注入信号光的强度分布。
[0021]所述的波前调制器模块为二元台阶相位波前调制器、三元台阶相位波前调制器、十元台阶相位波前调制器、连续相位调制器、连续振幅相位调制器或纯振幅型波前调制器。
[0022]所述的起偏器和检偏器的偏振轴相互垂直；起偏器和检偏器可以为偏振片、偏振分光棱镜或尼科尔棱镜。
[0023]所述的延迟线、第一路延迟线和第N路延迟线包括四个45
°
反射镜安置在电动或手动位移台上。
[0024]所述的光克尔介质为二硫化碳、熔融石英、铋酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、硝基苯、硫系玻璃、硅酸盐玻璃、重火石玻璃、钕玻璃。
[0025]另一方面，本专利技术还提供一种基于光克尔效应的超短脉冲同步测试方法，该方法包括以下步骤：
[0026]①
外部注入信号光依次经过起偏器和延迟线后，准直入射至光克尔介质；
[0027]②
第一束待同步脉冲经过第一路延迟线后，入射至第一路半波片，旋转第一路半波片使其与外部注入信号光的偏振方向成45
°
后，入射至光克尔介质内产生光克尔效应，外部注入信号光通过光克尔介质时偏振态发生改变，随后入射至检偏器；
[0028]③
利用探测器对检偏器后的输出脉冲信号进行实时的强度和相位空间分布测量，采用如下任一种方法；
[0029]方法1：
[0030]当探测器为光电管，对检偏器的透射脉冲或反射脉冲进行实时强度测量。将第一束待同步脉冲表示为到达检偏器后输出的外部注入信号光表示为首
先通过调整参考光路内延迟线使得参考信号脉冲在光电管处的偏振分量强度最强，即示波器显示的幅值最大，该位置表示为位置L1。此时将参考光路中的延迟线锁定位置。
[0031]方法2：
[0032]当探测器为光斑探测器，对检偏器的透射脉冲或反射脉冲进行实时强度空间分布测量。将第一束待同步脉冲表示为到达检偏器后输出的外部注入信号光表示为通过调整参考光路内延迟线使得参考信号脉冲在光斑探测器处的偏振分量光斑Q1强度最强。由于第一束待同步脉冲的影响，在光斑探测器上会有条纹产生，调整后使得条纹宽度最大，此位置表示为L1。此时将参考光路中的延迟线锁定位置。
[0033]方法3：
[0034]当探测器是由波前调制器模块和光斑探测器组成的相位测量仪模块，对检偏器后的透射或反射信号光进行实时强度和相位空间分布测量；将第一束待同步脉冲表示为到达检偏器后输出的外部注入信号光表示为首先通过调整参考光路内延迟线使得参考信号脉冲在相位测量仪模块处的偏振分量光斑Q1强度最强，在该位置附近测量相位值，精确调整至相位最高突变位置。由于第一束待同步脉冲的影响，在光斑探测器上会有条纹产生，调整后使得条纹宽度最大，并且在该位置附近测量相位值，找到条纹相位突变最强的位置，表示为位置L1。此时将参考光路中的延迟线锁定位置。
[0035]④...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光克尔效应的超短脉冲同步测试装置，其特征在于，包括：外部注入信号光(1)，作为参考光，为皮秒脉冲光或飞秒脉冲光；起偏器(2)，用于调整所述的外部注入信号光(1)的偏振方向；延迟线(3)，用于产生空间延迟，调节所述的外部注入信号光(1)的时间延迟，并入射至光克尔介质(4)；光克尔介质(4)，待2束或多束同步脉冲入射至该光克尔介质(4)产生光克尔效应，从而改变所述的外部注入信号光(1)的偏振态；检偏器(5)，该检偏器(5)的光轴方向与所述的起偏器(2)的光轴方向垂直，用于检测光克尔效应；探测器(6)，用于检测经检偏器(5)透射或反射后的脉冲强度和相位分布；控制及数据处理模块(7)，用于控制所述的探测器(6)和所有延迟线，并对获取的数据进行处理，获取不同待同步脉冲与外部注入信号光(1)之间的延迟信息，与待同步脉冲的多束待同步脉冲同步；第一束待同步脉冲(8)，第N束待同步脉冲(11)为需要实现同步的N束脉冲，为皮秒或飞秒脉冲光，其中N≥2；该N束待同步脉冲与外部注入信号光(1)之间的夹角在(0，π)范围内；第一路延迟线(9)，第N路延迟线(12)，用于产生空间延迟，分别用来调节所述的第一束待同步脉冲(8)，第N束待同步脉冲(10)的时间延迟；第一路半波片(10)，第N路半波片(13)，分别用于控制经过第一路延迟线(9)，第N路延迟线(12)后的第一束待同步脉冲(8)，第N束待同步脉冲(10)的偏振方向，随后入射至光克尔介质(4)内产生光克尔效应。2.根据权利要求1所述的基于光克尔效应的超短脉冲同步测试装置，其特征在于，所述探测器(6)为光电管或光斑强度探测器或相位测量仪模块。3.根据权利要求2所述的基于光克尔效应的超短脉冲同步测试装置，其特征在于，当探测器(6)为相位探测仪模块时，相位探测仪模块包括波前调制器模块(14)和光斑探测器(15)；波前调制器模块(14)，用于对所述的外部注入信号光(1)进行相位调制；光斑探测器(15)，用于记录经所述的波前调制器模块(14)调制后的外部注入信号光(1)的强度分布。4.根据权利要求3所述的基于光克尔效应的超短脉冲同步测试装置，其特征在于，所述的波前调制器模块(14)为二元台阶相位波前调制器、三元台阶相位波前调制器、十元台阶相位波前调制器、连续相位调制器、连续振幅相位调制器或纯振幅型波前调制器。5.根据权利要求1所述的基于光克尔效应的超短脉冲同步测试装置，其特征在于，起偏器(2)和检偏器(5)的偏振轴相互垂直；起偏器(2)和检偏器(5)为偏振片、偏振分光棱镜或尼科尔棱镜。6.根据权利要求1所述的基于光克尔效应的超短脉冲同步测试装置，其特征在于，所述的延迟线(3)、第一路延迟线(9)和第N路延迟线(12)包括四个45
°
反射镜安置在电动或手动位移台上。7.根据权利要求1所述的基于光克尔效应的超短脉冲同步测试装置，其特征在于，光克尔介质为二硫化碳、熔融石英、铋酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、硝基苯、硫系玻璃、硅酸盐玻璃、重
火石玻璃、钕玻璃。8.一种基于光克尔效应的超短脉冲同步测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
①
外部注入信号光(1)依次经过起偏器(2)和延迟线(3)后，准直入射至光克尔介质(4)；
②
第一束待同步脉冲(8)经过第一路延迟线(9)后，入射至第一路半波片(10)，旋转第一路半波片(10)使其与外部注入信号光(1)的偏振方向成45
°
后，入射至光克尔介质(4)内产生光克尔效应，外部注入信号光(1)通过光克尔介质(4)时偏振态发生改变，随后入射至检偏器(5)；
③
利用探测器(6)对检偏器(5)后的输出脉冲信号进行实时的强度和相位空间分布测量，采用如下任一种方法：方法1：当探测器(6)为光电管，对检偏器(5)的透射脉冲或反射脉冲进行实时强度测量。将第一束待同步脉冲(8)表示为到达检偏器后输出的外部注入信号光(1)表示为通过调整参考光路内延迟线(3)使得参考信号脉冲在光电管处的偏振分量强度最强，即示波器显示的幅值最大，该位置表示为位置L1，此时将参考光路中的延迟线(3)锁定位置；方法2：当探测器(6)为光斑探测器，对检偏器(5)的透射脉冲或反射脉冲进行实时强度空间分布测量，将第一束待同步脉冲(8)表示为到达检偏器后输出的外部注入信号光(1)表示为通过调整参考光路内延迟线(3)使得参考信号脉冲在光斑探测器处的偏振分量光斑Q1强度最强；由于第一束待同步脉冲(8)的影响，在光斑探测器上会有条纹产生，调整后使得条纹宽度最大，此位置表示为L1，此时将参考光路中的延迟线(3)锁定位置；方法3：当探测器(6)是由波前调制器模块(14)和光斑探测器(15)组成的相位测量仪模块，对检偏器(5)后的透射或反射信号光进行实时强度和相位空间分布测量；将第一束待同步脉冲(8)表示为到达检偏器后输出的外部注入信号光(1)表示为首先通过调整...

【专利技术属性】
技术研发人员：范薇，张天宇，徐英明，汪小超，刘诚，孙明营，朱健强，张生佳，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：