[發(fā)明專利]單次測(cè)量激光脈沖信噪比的雙通道互相關(guān)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110023545.4
• 申請(qǐng)日: 2021-01-08
• 公開（公告）號(hào): CN112880825B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬金貴;錢列加;袁鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J1/42
• 分類號(hào): G01J1/42
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

一種單次測(cè)量激光脈沖信噪比的雙通道互相關(guān)器，該互相關(guān)器包括，分束單元A，該分束單元A將入射的激光脈沖分束為待測(cè)光a和待測(cè)光b；脈沖凈化單元，所述待測(cè)光b經(jīng)過(guò)該脈沖凈化單元后生成取樣光；分束單元B，將所述待測(cè)光a分束為待測(cè)光1和待測(cè)光2；分束單元C，將所述取樣光分束為取樣光1和取樣光2；互相關(guān)通道1，接受所述待測(cè)光1和所述取樣光1的入射；互相關(guān)通道2，接受所述待測(cè)光2和所述取樣光2的入射；并行探測(cè)單元1，將所述互相關(guān)通道1的出射光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)1；并行探測(cè)單元2，將所述互相關(guān)通道2的出射光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)2；以及信號(hào)實(shí)時(shí)分析處理單元，接收電信號(hào)1和電信號(hào)2后計(jì)算得到所述激光脈沖的信噪比。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對(duì)超短超強(qiáng)激光脈沖信噪比進(jìn)行單次測(cè)量的雙通道互相關(guān)器。

背景技術(shù)

超短超強(qiáng)激光被界定為脈沖寬度進(jìn)入飛秒時(shí)域、峰值功率超過(guò)百太瓦規(guī)模的一種強(qiáng)激光，可創(chuàng)造類似恒星、黑洞邊緣那樣的高溫、高壓和高密度的極端狀態(tài)，是支撐激光聚變、激光驅(qū)動(dòng)的粒子加速等高能量密度物理前沿研究的核心裝備。激光等離子體相互作用對(duì)脈沖信噪比(主峰強(qiáng)度與前沿噪聲幅度的比值)提出了明確的要求。脈沖信噪比代表著強(qiáng)激光脈沖的干凈程度，它相當(dāng)于強(qiáng)激光脈沖的時(shí)域質(zhì)量。如果信噪比不達(dá)標(biāo)，即前沿噪聲幅度超過(guò)了等離子體產(chǎn)生的閾值，將會(huì)破壞靶材或形成預(yù)等離子體，從而“干擾”和影響主脈沖與等離子體相互作用的效果。當(dāng)前，如何提升脈沖信噪比是超短超強(qiáng)激光領(lǐng)域的一個(gè)核心科學(xué)問(wèn)題，脈沖信噪比的測(cè)量是解決該問(wèn)題的前提條件。由于強(qiáng)激光系統(tǒng)重復(fù)發(fā)射脈沖的間歇時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)，這意味著必須對(duì)信噪比進(jìn)行單發(fā)次測(cè)量。

信噪比測(cè)量在本質(zhì)上是對(duì)脈沖噪聲的度量，對(duì)強(qiáng)場(chǎng)物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)生干擾作用的是位于主峰脈沖時(shí)間前沿的噪聲，而后沿噪聲則對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有影響，所以信噪比測(cè)量最關(guān)心主峰脈沖前沿的噪聲分布與大小。時(shí)域噪聲的特征比較復(fù)雜，有些噪聲的時(shí)域?qū)挾韧c納秒泵浦脈寬相當(dāng)，而有些噪聲則可能顯示100fs-1ps時(shí)間尺度的尖峰結(jié)構(gòu)，為了能對(duì)時(shí)域噪聲進(jìn)行全面表征，需要同時(shí)具備較大的單次測(cè)量時(shí)間窗口和較高的時(shí)間分辨率。一方面，得益于當(dāng)前光電子技術(shù)的最新發(fā)展，超高速光電二極管結(jié)合寬帶示波器現(xiàn)在可以直接測(cè)量主峰脈沖前沿百皮秒范圍以外的噪聲，但是對(duì)于50ps范圍以內(nèi)的噪聲很難準(zhǔn)確測(cè)量。另一方面，絕大多數(shù)的時(shí)域尖峰噪聲和強(qiáng)的熒光背景噪聲主要集中在主峰脈沖前后沿百皮秒以內(nèi)，所以對(duì)信噪比單次測(cè)量時(shí)間窗口的要求是主脈沖前沿50-100ps。除了大的時(shí)間窗口，高的時(shí)間分辨率也是一個(gè)很重要的指標(biāo)要求。然而，同時(shí)要求大時(shí)間窗口和高時(shí)間分辨率是一對(duì)本質(zhì)矛盾。之前的信噪比單次測(cè)量為了實(shí)現(xiàn)大窗口，犧牲了分辨率，使得分辨率僅為皮秒量級(jí)，難以表征時(shí)域尖峰噪聲。

由于強(qiáng)激光脈沖放大過(guò)程中特殊的啁啾環(huán)境，強(qiáng)激光系統(tǒng)的噪聲在很大程度上不同于傳統(tǒng)的激光噪聲，其來(lái)源和特征更加復(fù)雜，可劃分為兩大類：非相干噪聲和相干噪聲。非相干噪聲指的是即使沒(méi)有信號(hào)光(僅有泵浦光)也會(huì)存在的熒光噪聲，比如激光能級(jí)型放大器中的自發(fā)輻射放大噪聲以及光參量放大器中的參量熒光噪聲等。這類熒光背景噪聲不顯示時(shí)間上的尖峰強(qiáng)結(jié)構(gòu)，覆蓋的時(shí)間范圍較大(約為泵浦光的時(shí)間寬度或上能級(jí)壽命)。對(duì)這類非相干噪聲的單次測(cè)量需要大的時(shí)間窗口(50-100ps)，而對(duì)測(cè)量分辨率的要求不高(ps量級(jí)分辨率即可)。之前的信噪比單次測(cè)量?jī)x主要針對(duì)這類非相干噪聲。而相干噪聲指的是與信號(hào)脈沖伴生的光噪聲，包括壓縮過(guò)程中的殘余高階色散產(chǎn)生的噪聲、光柵等元件表面散射產(chǎn)生的噪聲等。這類相干噪聲呈現(xiàn)密集時(shí)間尖峰特征，通常只分布在主峰前后10ps范圍以內(nèi)，外觀上相當(dāng)于在主峰脈沖上疊加一個(gè)三角形底座。對(duì)這類相干噪聲進(jìn)行單次測(cè)量，要求分辨率達(dá)到約100fs，這超出了現(xiàn)有信噪比單次測(cè)量技術(shù)的能力。綜上所述，為了便于探索新的噪聲機(jī)理、幫助提升脈沖信噪比，要求信噪比單次測(cè)量?jī)x能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)大時(shí)間窗口(50-100ps)和高時(shí)間分辨率(100fs)。這種性能是以往的信噪比單次測(cè)量?jī)x所不具備的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例之一，一種單次測(cè)量激光脈沖信噪比的雙通道互相關(guān)器，所述測(cè)量裝置包括，分束單元A、脈沖凈化單元、分束單元B、分束單元C、平移臺(tái)1、平移臺(tái)2、互相關(guān)通道1、互相關(guān)通道2、并行探測(cè)單元1、并行探測(cè)單元2和信號(hào)實(shí)時(shí)分析處理單元。