[實用新型]寬光譜微弱脈沖激光能量測量系統

有效

• 申請號: 201320548173.8
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN203519172U
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 刁寒虎;曾志男;鄭穎輝;李儒新
• 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

本發明涉及脈沖激光能量測量，特別是一種寬光譜微弱脈沖激光能量測量系統。

背景技術

高次諧波技術是合成單個阿秒（10^-18秒）量級超短脈沖和產生水窗波段X射線的主要實驗方法，由于單個阿秒量級超短脈沖可用來研究原子或分子內電子的運動，而水窗波段X射線在生物學成像方面有著極其重要的作用，故高次諧波技術的研究在當今世界非常熱門。

高次諧波實驗涉及諧波信號的測量，目前一般的做法是通過X射線CCD（電荷耦合器件）或者MCP（微通道板）來測量。但是二者有個缺點，獲得的信號強度都只是信號之間的相對強度，而并不能得到絕對信號強度。國內外對高次諧波信號絕對強度的確定都是各自獨立、分散的方法，很少過多提及具體方法細節，因此對于高次諧波信號絕對強度的測量領域非常迫切需要一款產品來彌補空白。

高次諧波實驗中諧波信號測量有著以下特殊要求：

首先，需要測量的諧波信號為脈沖激光信號。

其次，高次諧波信號已覆蓋到深紫外線到軟X射線波段（121nm–1nm）。

再次，根據已知報道（文獻：E.Takahashi?et?al.,Phys.Rev.A66,021802(R)(2002)）的最強高次諧波信號強度為微焦（10^-6焦耳，焦耳為能量單位）量級，因此所需能量計或能量測量系統的能量測量范圍最高才只有微焦量級。

最后，由于高次諧波實驗需要在真空腔中進行，又由于實驗真空度和成本的要求，真空腔不能太大，可用空間非常有限；同時由于實驗需要能量計或功率計探頭安裝在小型精密電機上進行聯動控制，因此也需要能量計或能量測量系統探頭重量不能太大。

針對以上特殊要求，目前已知產品在諸多方面有著不足：

首先，目前已知發明（參見專利CN200510105535.6，孫之旭）測量能量就為mJ（毫焦，10^-3焦耳）量級，對于微弱信號場合并不適用。

其次，目前已知發明（參見專利CN200910089555.7，彭中）能夠測量微弱能量，測量精度可達2.2fJ/cm²～5^*105fJ/cm²，但是，該激光能量計首先是室外使用，不針對真空腔內使用，其次，該能量計主要用于激光制導、激光測距領域，而要使激光信號能在空氣中傳輸長距離，一般采用紅外波段，也就說測量波段也不滿足X射線短波段的要求。

再次，目前已知發明（參見專利CN200410040820.X，張鵬翔）其主要特征為寬光譜范圍、脈沖式、快速響應型能量計，但從專利文件獲知，該產品測量波段為0.19～11微米，并沒有覆蓋所要求的121nm～1nm的測量范圍。

發明內容

本發明旨在解決上述的當被探測信號光波長范圍拓展到X射線、能量極弱、功率計體積受限和光源脈沖特性問題，提供一種寬光譜微弱激光能量測量系統，所述的測量探頭還設有漏斗形遮光筒和前置信號放大電路。本發明采用前置放大和后置放大分開的方案，所述的前置放大具有自動換擋功能，所述的后置放大具有自動切換放大倍數功能。本發明響應波長范圍寬，短波長端已經拓展到X射線波段，本發明最低能量檢測能達10pJ，本發明探頭體積小巧，重量輕便。本發明在短波長弱能量測量領域，如高次諧波實驗中諧波脈沖能量的測量領域，有著重要的使用價值。在涉及到上述特殊特性的場合有著重要的應用價值。

本發明技術解決方案是：

一種寬光譜微弱脈沖激光能量測量系統，其特點在于該系統由測量系統探頭、后端信號放大模塊和具有數據采集卡和Labview軟件的電腦組成，所述的測量系統探頭與后端信號放大模塊之間通過同軸信號傳輸線和控制線連接，所述的后端信號放大模塊和所述的電腦之間通過數據采集線纜相連。

所述的測量系統探頭包括依次的漏斗形遮光筒、寬光譜響應的光電二極管、前置放大電路和BNC信號導出端口，所述的漏斗形遮光筒的內表面進行了發黑處理，安裝在設定光電二極管之前，并且傾斜面面對信號光，口徑較小一端與所述的光電二極管緊密相連，所述的光電二極管(102)響應波長范圍為1nm～1100nm。