[發明專利]超短脈沖自相關測量裝置和測量方法

有效

• 申請號: 201810286116.4
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108593121B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 吳侃;肖普山;陳建平;龐拂飛;劉奐奐;曾祥龍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 31317 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 張寧展

一種超短脈沖自相關測量裝置和測量方法，該裝置包括第一準直透鏡、二分之一波片、偏振分光棱鏡、第一反射鏡、可控延時反射鏡、斬光器、第二反射鏡、第二準直透鏡、碳納米管飽和吸收體薄膜、光電倍增管、鎖相放大器和計算機。本發明通過簡單的結構，就可以實現對低功率、低能量的超短脈沖寬度的測量。

技術領域

本發明涉及脈沖寬度測量，特別是一種超短脈沖自相關測量裝置和測量方法。

背景技術

近些年來，由于超短脈沖在光通信、微波光子學、光學成像、光纖傳感等方面的廣泛應用，脈沖寬度作為超短脈沖的一個重要參數，吸引了大批學者對脈沖寬度測量方法進行研究。而如何通過簡單的結構對低功率超短脈沖的脈沖寬度實現高誤差精度測量成為人們關注的焦點。

目前實現脈沖寬度的測量方法主要有4種：

方法1，是利用邁克爾遜干涉結構，通過利用非線性倍頻晶體，產生脈沖信號的倍頻光，并用光電倍增管對產生的倍頻光進行探測。通過控制干涉結構兩臂的脈沖相對延時，得到相應的脈沖形狀圖并推算得到脈沖的實際寬度。這種方法需要昂貴的非線性倍頻晶體和復雜的調節方法以滿足必須的相位匹配，同時晶體對于溫濕度、待測脈沖波長和偏振態的敏感性影響了測量的精度。

方法2，是將方法1中的非線性倍頻晶體和光電倍增管替換為具有雙光子吸收效應的半導體器件，通過測量不同脈沖延時下器件輸出的光電流圖形，來推算脈沖的實際寬度。這種方法對光脈沖寬度的測量收到半導體器件本身波長和功率范圍的限制。

方法3，是使用頻率分辨光學開關法(FROG法)，該方法使用與方法1相似的結構，由非線性倍頻晶體產生的信號光經由光譜儀進行測量，得到不同時間延時下對應的光譜成分，利用二維位相迭代算法可以獲得待測脈沖幅度和位相的定量信息。這個方法基于方法1，所以繼承了方法1的缺點，同時還要求有更高的被測脈沖能量，無法測量低能量脈沖的脈寬特性。

方法4，是光譜相位相干直接電場重建法(SPIDER法)，待測脈沖進入測量系統后分為兩束，一束進入色散介質，產生時域展寬的啁啾脈沖，另一束通過邁克爾遜干涉儀分為兩束更小的具有時間延遲的鏡像脈沖，然后兩個鏡像脈沖與展寬的啁啾脈沖在非線性晶體中進行和頻轉換，由于兩個信號脈沖和啁啾脈沖的交叉時間不同，和頻后的兩個脈沖在頻域產生頻差，從而在光譜儀中產生干涉條紋。通過測量干涉條紋，由一種非迭代的反演算法，計算相位信息，實現實時測量。相似于方法3，這種方式不僅需要非線性晶體，同時還需要更高的輸入脈沖功率。

總之，以上的幾種方法或者需要功率過高、或者測量的脈沖與波長范圍受到器件設計的限制、或者結構復雜難調節，需要一種綜合改進的方法能夠在兼顧低成本的同時，實現對脈沖寬度的測量。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術的不足，提供一種超短脈沖自相關測量裝置和測量方法，通過簡單的結構，就可以實現對低功率低能量的超短脈沖寬度的測量。

為了解決上述問題，本發明的技術解決方案如下：

一種超短脈沖自相關測量裝置，其特點在于該裝置的構成是：沿待測線偏振脈沖光方向依次是第一準直透鏡、二分之一波片、偏振分光棱鏡，該偏振分光棱鏡將輸入光分成兩路信號光輸出，沿第一路信號光方向依次是第一反射鏡，該第一路信號光被反射后返回到偏振分光棱鏡，沿第二路信號光方向依次是可控延時反射鏡、斬光器、返回到偏振分光棱鏡，兩路信號光在所述的偏振分光棱鏡中合并后輸出，沿合并光方向依次是第二反射鏡、第二準直透鏡和碳納米管飽和吸收體薄膜和光電倍增管，該光電倍增管輸出端與鎖相放大器的輸入端連接，所述的斬光器斬獲的信號光輸出到所述的鎖相放大器的參考信號端，計算機分別連接鎖相放大器的通信端口和可控延時反射鏡的控制端。

所述的碳納米管飽和吸收體，通過現有的液相剝離法技術制備，并與聚乙烯醇(PVA)混合制成飽和吸收體薄膜，具有飽和吸收特性，且工作在非線性區間，工作波段為碳納米管飽和吸收體薄膜的吸收波段。