[發明專利]用于提高納秒脈沖單次測量動態范圍的脈沖復制環裝置

有效

• 申請號: 201010195219.3
• 申請日: 2010-06-08
• 公開（公告）號: CN101876571A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發明（設計）人: 潘雪;李國揚;陳宇;李學春;王江峰;姜有恩;盧興華;張鵬;李響
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及納秒脈沖測量，特別是一種用于提高納秒脈沖單次測量動態范圍的脈沖復制環裝置，該脈沖復制環用于納秒單次脈沖測量，利用脈沖復制串累加平均的方法可以有效地提高納秒(ns)脈沖單次測量的動態范圍，其優點是結構緊湊，調節簡單，使用靈活。

背景技術

ns波長激光普遍應用于激光測距與遙感探測，尤其是在慣性約束聚變(ICF)的激光系統中，需要穩定的，高對比度，特殊波形的脈沖從而盡可能最大限度地壓縮靶丸。所以激光脈沖波形的精確測量對于這些特殊的應用是非常關鍵的。

雖然非線性技術能夠測量對比度為10⁷的脈沖波形，但是對于ns級脈寬來說，只有條紋相機或者PIN管和示波器兩種測量手段。條紋相機能夠提供700∶1高動態范圍多通道測量，其時域測量精度能達到30ps，然而具有相對較慢上升速率的單束高動態范圍(0.1HZ)的條紋相機來說，不能用來實時探測脈沖寬度或對一些間歇問題的診斷。盡管示波器采樣率在不斷地提高，垂直分辨率已經可以達到8個字節，由于內部噪聲有效字節數只有5.5，所以利用PIN管與示波器探測ns脈沖主要限制因素就是示波器的動態范圍，最大只有45∶1。這樣的對比度對于探測100∶1的高信噪比ICF脈沖來說是不夠的，動態范圍至少要提高2.3倍。所述的動態范圍就是信號峰值與所能探測的最小的信號幅值之比，此時所能探測的最小的信號剛好被淹沒在噪聲當中。所以測量系統的動態范圍可以理解為最大探測信號峰值與測量儀器的噪聲幅值之比，通常也被稱作信噪比。

常規消除隨機噪聲，提高信噪比的方法為多次采樣累加平均，這是對于周期信號來說的，如果N為采樣次數，則N個信號進行累加平均后，由于隨機噪聲降低了倍，所以此時信噪比就提高了倍。但是對于單次脈沖大能量發射卻無法提供多次采樣數據。

所以我們采用脈沖復制的方法使單次脈沖變為脈沖序列，然后采用與周期信號相同的方法對復制的N個脈沖進行累加平均，從而實現降低隨機噪聲，提高測量動態范圍的目的。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供是一種用于提高納秒脈沖單次測量動態范圍的脈沖復制環裝置，使現有的PIN管和示波器接收光脈沖累加平均提高測量的動態范圍的方法能有效地用于單次納秒光脈沖的測量。

本發明的技術解決方案如下：

一種用于提高納秒脈沖單次測量動態范圍的脈沖復制環裝置，特點在于：包括一個2×2端口的3dB分束器，該3dB分束器的第一輸入端和第一輸出端分別構成脈沖復制環的輸入端和輸出端，在該3dB分束器的第二輸出端和第二輸入端之間逆時針地依次串聯光纖衰減器、第一光纖隔離器、2×1波分復用器、摻Yb³⁺增益光纖、第二光纖隔離器、ASE濾波器、1×2端口光纖分束器，連續泵浦光經泵浦光隔離器與所述的2×1波分復用器的第二輸入端相連，所述的1×2端口光纖分束器的第二輸出端為脈沖復制環的監控端口，該監控端口是接光譜儀，所述脈沖復制環的輸入端接待測納秒脈沖光源，所述脈沖復制環的輸出端接PIN管和示波器，用來采集脈沖復制串。

所述脈沖復制環內的第一光纖隔離器和第二光纖隔離器用來保證環內光脈沖沿逆時針方向傳輸，且起到隔離反向傳輸的自發輻射光放大(以下簡稱為ASE)的作用。

所述脈沖復制環內泵浦光隔離器是為了隔離環內反射光進入泵浦系統從而避免打壞泵浦光源。

所述脈沖復制環內ASE濾波器透射窗口的中心波長與入射信號光波長一致，不僅能夠有效地控制環內累加的ASE，避免更多的提取增益光纖中的上能級粒子數，從而影響放大器對信號光的放大能力；而且不能影響注入ns單次脈沖波形。

所述脈沖復制環的監控端口是接光譜儀，通過監測光譜儀中顯示的脈沖復制環內的光譜波形，控制注入連續泵浦光的最大泵浦功率，從而保證復制環內的凈增益小于1，避免環內產生激光的自激振蕩。

所述脈沖復制環的第一輸出端是接PIN管和示波器，用來采集脈沖復制串。

本發明的工作原理：

本發明脈沖復制環將待測單次光脈沖變為等間隔、幅度呈指數遞減的脈沖串，然后由PIN管和示波器接收光脈沖序列，再經過數據處理，將所述的光脈沖序列的每個脈沖均乘一個權重系數，使每個脈沖峰值相同，然后累加平均，從而提高測量的動態范圍。

我們知道：噪聲α值和平均次數n的平方根成反比，當每次疊加的噪聲的α值相同時，有：