高功率超短激光實(shí)時(shí)近場(chǎng)強(qiáng)度分布測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種高功率超短激光實(shí)時(shí)近場(chǎng)強(qiáng)度分布測(cè)量裝置。所述的裝置中在高功率激光脈沖入射方向上依次放置衰減片、分束鏡；在分束鏡透射的方向上依次放置微凸透鏡陣列、光纖分配器、延遲光纖組、光纖合束器、傳輸光纖、快速光電管、高速示波器；在分束鏡的反射方向上依次放置光纖夾持器、基準(zhǔn)光纖；將所述的延遲光纖組與基準(zhǔn)光纖連接到光纖合束器形成單一輸出，經(jīng)傳輸光纖投射到快速光電管，在高速示波器上形成電脈沖序列，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本實(shí)用新型采用微凸透鏡陣列進(jìn)行空間分割取樣和光纖合束時(shí)分復(fù)用傳輸，通過(guò)波形拼接重構(gòu)技術(shù)獲得入射激光束實(shí)時(shí)近場(chǎng)強(qiáng)度分布及脈沖時(shí)間波形多種信息。本實(shí)用新型的測(cè)量裝置成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便。
【專利說(shuō)明】高功率超短激光實(shí)時(shí)近場(chǎng)強(qiáng)度分布測(cè)量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于高功率激光測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高功率超短激光實(shí)時(shí)近場(chǎng)強(qiáng)度分布測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]激光束的近場(chǎng)強(qiáng)度分布和脈沖時(shí)間波形是評(píng)價(jià)激光性能的重要指標(biāo)，在超短激光作用下的強(qiáng)場(chǎng)物理實(shí)驗(yàn)中，需要實(shí)時(shí)了解任一時(shí)刻的激光近場(chǎng)強(qiáng)度分布以及任一空間的脈沖波形。目前具有時(shí)間分辨的近場(chǎng)測(cè)量主要采用分幅相機(jī)或條紋相機(jī)，采用分幅相機(jī)可以獲得離散時(shí)刻的激光近場(chǎng)強(qiáng)度分布，不能獲得脈沖時(shí)間波形信息；而采用條紋相機(jī)可以獲得一維空間的脈沖時(shí)間波形信息，不能獲得二維空間強(qiáng)度分布信息。名稱為《全光固體條紋相機(jī)》的中國(guó)發(fā)明專利(專利號(hào)ZL 201110325757)公開(kāi)了一種獲得一維空間的脈沖時(shí)間波形測(cè)量裝置，名稱為《基于分幅相機(jī)的高時(shí)間分辨三維成像方法》的中國(guó)實(shí)用新型專利(專利號(hào)ZL201210579403)公開(kāi)了一種利用分幅相機(jī)獲取二維圖像，經(jīng)過(guò)三維重建得到具有三維視覺(jué)效果的待測(cè)目標(biāo)的成像方法。目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的專利中未見(jiàn)到同時(shí)獲得任一時(shí)刻的激光近場(chǎng)強(qiáng)度分布以及任一空間的脈沖時(shí)間波形測(cè)試的相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有的測(cè)量技術(shù)不能同時(shí)獲得任一時(shí)刻的激光近場(chǎng)強(qiáng)度分布以及任一空間的脈沖時(shí)間波形的不足，本實(shí)用新型提供一種高功率超短激光實(shí)時(shí)近場(chǎng)強(qiáng)度分布測(cè)量
>J-U ρ?α 裝直。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]本實(shí)用新型的高功率超短激光實(shí)時(shí)近場(chǎng)強(qiáng)度分布測(cè)量裝置，其特點(diǎn)是，所述的測(cè)量裝置中，在高功率激光脈沖入射方向上依次設(shè)置有衰減片、分束鏡；激光脈沖通過(guò)所述的分束鏡分成透射光和反射光，在分束鏡的透射光路上依次設(shè)置有微凸透鏡陣列、光纖分配器、延遲光纖組，在分束鏡的反射光路上依次設(shè)置有凸透鏡、光纖夾持器、基準(zhǔn)光纖；所述的透射光通過(guò)微凸透鏡陣列、光纖分配器后進(jìn)入延遲光纖組，所述的反射光經(jīng)凸透鏡聚焦后通過(guò)光纖夾持器進(jìn)入基準(zhǔn)光纖；所述的基準(zhǔn)光纖與延遲光纖組并行地進(jìn)入光纖合束器；在所述的光纖合束器后依次設(shè)置傳輸光纖、快速光電管、高速示波器；由基準(zhǔn)光纖與延遲光纖組傳輸?shù)墓獠⑿羞M(jìn)入光纖合束器，由光纖合束器形成的單一輸出通過(guò)傳輸光纖輸出的光脈沖序列經(jīng)快速光電管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)信號(hào)電纜傳輸?shù)礁咚偈静ㄆ魃汐@得電脈沖序列，最后經(jīng)網(wǎng)線傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得入射激光束實(shí)時(shí)近場(chǎng)強(qiáng)度分布信息。
[0006]所述的延遲光纖組、傳輸光纖、基準(zhǔn)光纖所用的光纖為相同型號(hào)的單模光纖。對(duì)于不同波長(zhǎng)、不同脈沖寬度的激光脈沖選用不同中心波長(zhǎng)、不同長(zhǎng)度間距的單模光纖。
[0007]所述的微凸透鏡陣列中的微凸透鏡的設(shè)置為同心圓排列，或者矩陣式排列；微凸透鏡數(shù)目根據(jù)需要可進(jìn)行增減。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是，本實(shí)用新型的測(cè)量裝置成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，采用微凸透鏡陣列對(duì)激光束近場(chǎng)空間進(jìn)行分割取樣和光纖合束時(shí)分復(fù)用的傳輸，通過(guò)波形拼接重構(gòu)技術(shù)，可以獲得瞬時(shí)的空間功率密度分布、抽樣空間的脈沖時(shí)間波形分布、全光束脈沖時(shí)間波形分布，全光束近場(chǎng)強(qiáng)度分布等激光束的多方面信息。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本實(shí)用新型的用于高功率超短激光實(shí)時(shí)近場(chǎng)強(qiáng)度分布測(cè)量裝置的光路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為本實(shí)用新型中的微凸透鏡陣列排布示意圖；
[0011]圖3為本實(shí)用新型中高速示波器獲取的NXM+1 (N=6,M=6)個(gè)脈沖信號(hào)排布示意圖；
[0012]圖4為圖3的脈沖信號(hào)分割圖；
[0013]圖中，1.衰減片2.分束鏡3.微凸透鏡陣列4.光束分配器5.延遲光纖組6.凸透鏡7.光纖夾持器8.基準(zhǔn)光纖9.光纖合束器10.傳輸光纖11.快速光電管12.信號(hào)電纜13.高速示波器14.網(wǎng)線15.計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0015]實(shí)施例1
[0016]圖1為本實(shí)用新型的用于高功率超短激光實(shí)時(shí)近場(chǎng)強(qiáng)度分布測(cè)量裝置的光路結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，本實(shí)用新型的高功率超短激光實(shí)時(shí)近場(chǎng)強(qiáng)度分布測(cè)量裝置，所述的測(cè)量裝置中，在高功率激光脈沖入射方向上依次設(shè)置有衰減片1、分束鏡2 ;激光脈沖通過(guò)所述的分束鏡2分成透射光和反射光，在分束鏡2的透射光路上依次設(shè)置有微凸透鏡陣列3、光纖分配器4、延遲光纖組5,在分束鏡2的反射光路上依次設(shè)置有凸透鏡6、光纖夾持器7、基準(zhǔn)光纖8 ;所述的透射光通過(guò)微凸透鏡陣列3、光纖分配器4后進(jìn)入延遲光纖組5，所述的反射光經(jīng)凸透鏡6聚焦后通過(guò)光纖夾持器7進(jìn)入基準(zhǔn)光纖8 ;所述的基準(zhǔn)光纖8與延遲光纖組5并行地進(jìn)入光纖合束器9 ;在所述的光纖合束器9后依次設(shè)置傳輸光纖10、快速光電管11、高速示波器13 ；由基準(zhǔn)光纖8與延遲光纖組5傳輸?shù)墓獠⑿羞M(jìn)入光纖合束器9，由光纖合束器9形成的單一輸出通過(guò)傳輸光纖10輸出的光脈沖序列經(jīng)快速光電管11進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)信號(hào)電纜12傳輸?shù)礁咚偈静ㄆ?3上獲得電脈沖序列，最后經(jīng)網(wǎng)線14傳送到計(jì)算機(jī)15進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得入射激光束實(shí)時(shí)近場(chǎng)強(qiáng)度分布信息。
[0017]所述的延遲光纖組5、傳輸光纖10、基準(zhǔn)光纖8所用的光纖為相同型號(hào)的單模光纖。對(duì)于不同波長(zhǎng)、不同脈沖寬度的激光脈沖選用不同中心波長(zhǎng)、不同長(zhǎng)度間距的單模光纖。
[0018]所述的微凸透鏡陣列3中的微凸透鏡的設(shè)置為同心圓排列，或者矩陣式排列；微凸透鏡數(shù)目根據(jù)需要可進(jìn)行增減。
[0019]在本實(shí)用新型的裝置中，從分束鏡2透射的平行光經(jīng)微凸透鏡陣列3后變?yōu)镹行M列的會(huì)聚光束，經(jīng)過(guò)光纖分配器4將所述的NXM個(gè)光斑投射到NXM根不同長(zhǎng)度的光纖組成的延遲光纖組5進(jìn)行不同的時(shí)間延遲，然后將所述的延遲光纖組5與基準(zhǔn)光纖8連接到光纖合束器9形成單一輸出，經(jīng)傳輸光纖10投射到快速光電管11上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，在高速示波器13上形成NXM+1個(gè)電脈沖序列，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)15進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0020]利用本實(shí)用新型的測(cè)量裝置測(cè)量激光實(shí)時(shí)近場(chǎng)強(qiáng)度分布的數(shù)據(jù)處理包括以下步驟:
[0021]1.首先進(jìn)行定標(biāo)。將脈沖寬度小于10皮秒、近場(chǎng)調(diào)制度小于1.2、近場(chǎng)對(duì)比度小于0.06的激光脈沖輸入到該裝置，調(diào)整所述的光纖分配器4的位置，保證從微凸透鏡陣列3來(lái)的NXM個(gè)焦點(diǎn)落在延遲光纖組5的相應(yīng)輸入端面上，調(diào)整延遲光纖的長(zhǎng)度分配，使輸出脈沖按圖2所示的微凸透鏡陣列3編號(hào)以先行后列的順序輸出，圖2中(i，j)表示第i行第j列的微凸透鏡位置坐標(biāo):首先是來(lái)自基準(zhǔn)光纖的時(shí)間基準(zhǔn)脈沖，然后按編號(hào)(1，1)、(1，2)、……、(1，M)、(2，1)、……、(i，j)……的順序輸出，具體參見(jiàn)圖2、圖3。圖3中，第一個(gè)脈沖為時(shí)間基準(zhǔn)脈沖，(i，j)表示第i行第j列的微凸透鏡位置坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的脈沖時(shí)間波形，這樣在時(shí)間基準(zhǔn)脈沖后獲得NXM個(gè)脈沖波形，即入射光束空間不同區(qū)域的脈沖時(shí)間分布:[0022]g(i,j,t)i = l、2、......N, j = l、2、......M ；(I)
[0023]記錄下所有NXM+1個(gè)脈沖的峰值強(qiáng)度及位置，以時(shí)間基準(zhǔn)脈沖的峰值位置為時(shí)間基準(zhǔn)，確定編號(hào)為(i，j)的脈沖相對(duì)于時(shí)間基準(zhǔn)脈沖的時(shí)間延遲量:
[0024]t0(i,j)i = l、2、......N, j = l、2、......M ；(2)
[0025]將編號(hào)為(i，j)的脈沖的峰值強(qiáng)度與時(shí)間基準(zhǔn)脈沖的峰值強(qiáng)度的比值作為該脈沖的強(qiáng)度校準(zhǔn)量:
[0026]g0 (i, j, t0 (i, j)) i = 1>2>......N, j = 1、2、......M ； (3)
[0027]2.將脈沖序列分割成單一的脈沖。以h (i, j)作為統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，重新建立NXM個(gè)脈沖的時(shí)間一強(qiáng)度分布圖，如圖4所示，圖4中(i，j)表示第i行第j列的微凸透鏡位置坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的脈沖時(shí)間波形，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示相對(duì)強(qiáng)度；
[0028]3.在重新建立的NXM個(gè)脈沖的時(shí)間一強(qiáng)度分布圖上取任一時(shí)刻t的編號(hào)為(i，j)的脈沖瞬時(shí)值，除以公式(3)給出的相應(yīng)編號(hào)的校準(zhǔn)量，可以獲得該時(shí)刻的入射激光近場(chǎng)上編號(hào)為(i，j)的位置處的相對(duì)功率密度分布，即瞬時(shí)激光近場(chǎng)強(qiáng)度分布:
[0029]G (i,j,t)=g (i, j,t)/g0 (i?j?t0 (i,j))；(4)
[0030]4.對(duì)編號(hào)為(i，j)的脈沖進(jìn)行時(shí)間積分，可以獲得入射激光近場(chǎng)上編號(hào)為(i，j)的位置處的脈沖近場(chǎng)強(qiáng)度，即激光近場(chǎng)強(qiáng)度分布:
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種高功率超短激光實(shí)時(shí)近場(chǎng)強(qiáng)度分布測(cè)量裝置，其特征是:所述的測(cè)量裝置中，在高功率激光脈沖入射方向上依次設(shè)置有衰減片(I)、分束鏡(2);激光脈沖通過(guò)所述的分束鏡(2)分成透射光和反射光，在分束鏡(2)的透射光路上依次設(shè)置有微凸透鏡陣列(3)、光纖分配器(4)、延遲光纖組(5)，在分束鏡(2)的反射光路上依次設(shè)置有凸透鏡(6)、光纖夾持器(7)、基準(zhǔn)光纖(8);所述的透射光通過(guò)微凸透鏡陣列(3)、光纖分配器(4)后進(jìn)入延遲光纖組(5)，所述的反射光經(jīng)凸透鏡(6)聚焦后通過(guò)光纖夾持器(7)進(jìn)入基準(zhǔn)光纖(8);所述的基準(zhǔn)光纖(8)與延遲光纖組(5)并行地進(jìn)入光纖合束器(9)，在所述的光纖合束器(9)后依次設(shè)置傳輸光纖(10)、快速光電管(11)、高速示波器(13);由基準(zhǔn)光纖(8)與延遲光纖組(5 )傳輸?shù)墓獠⑿羞M(jìn)入光纖合束器(9 ),由光纖合束器(9 )形成的單一輸出通過(guò)傳輸光纖(10)輸出的光脈沖序列經(jīng)快速光電管(11)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)信號(hào)電纜(12)傳輸?shù)礁咚偈静ㄆ?13)上獲得電脈沖序列，最后經(jīng)網(wǎng)線(14)傳送到計(jì)算機(jī)(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率超短激光實(shí)時(shí)近場(chǎng)強(qiáng)度分布測(cè)量裝置，其特征是:所述的延遲光纖組(5)、傳輸光纖(10)、基準(zhǔn)光纖(8)采用的光纖為相同型號(hào)的單模光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率超短激光實(shí)時(shí)近場(chǎng)強(qiáng)度分布測(cè)量裝置，其特征是:所述的微凸透鏡陣列(3)中的微凸透鏡的設(shè)置為同心圓排列或矩陣式排列。
【文檔編號(hào)】G01J1/42GK203688066SQ201420009368
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】夏彥文, 孫志紅, 張崑 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心