專利名稱：高功率激光器多路光纖采樣時(shí)間波形測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高功率激光器時(shí)間波形測(cè)量，尤其是一種高功率激光器多路光纖采樣
時(shí)間波形測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
慣性約束聚變(ICF)的研究和發(fā)展對(duì)驅(qū)動(dòng)激光及其診斷系統(tǒng)提出了十分嚴(yán)格的要求。黑腔耙內(nèi)耙球溫度的均勻性、超熱電子的產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)激光的宏觀參數(shù)(能量、束數(shù)、排布方式)及細(xì)致參數(shù)密切相關(guān)。細(xì)致參數(shù)中最重要的一個(gè)指標(biāo)是各路激光的功率平衡。功率平衡的內(nèi)容包括各路光束脈沖的能量平衡、波形一致等。目前，對(duì)于脈寬為納秒量級(jí)的驅(qū)動(dòng)激光，其時(shí)間特性的測(cè)量還僅限于現(xiàn)有測(cè)量設(shè)備光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)、一個(gè)示波器通道對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的診斷。由于高時(shí)間分辨率的測(cè)量設(shè)備，如高速數(shù)字示波器，價(jià)格昂貴，而且高功率激光裝置參數(shù)診斷系統(tǒng)中測(cè)量點(diǎn)多且各測(cè)量點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，如果每個(gè)測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)一套測(cè)量裝置，不僅成本高昂，而且增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，不便于系統(tǒng)的維護(hù)和實(shí)時(shí)多路測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要任務(wù)是克服多個(gè)采集點(diǎn)帶來(lái)的測(cè)量成本的提高和系統(tǒng)的復(fù)雜性，提供一種高功率激光器多路光纖采樣時(shí)間波形測(cè)量裝置，該裝置測(cè)量高功率激光時(shí)間波形應(yīng)具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)潔、高效的特點(diǎn)。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下 —種高功率激光器多路光纖采樣時(shí)間波形測(cè)量裝置，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括
高速數(shù)字示波器和待測(cè)的高功率激光器； 由第一光電探測(cè)器通過第一電纜接所述的高速數(shù)字示波器的第一輸入端構(gòu)成外觸發(fā)線路； 在所述的待測(cè)的高功率激光器的多個(gè)待測(cè)點(diǎn)設(shè)置采樣光路形成多路采樣光路每路采樣光路由依次連接的取樣鏡、光衰減器、耦合裝置和采樣光纖構(gòu)成； 所述的多路采樣光路的采樣光纖與光纖合束器的輸入端相連，該光纖合束器的輸出端與第二光電探測(cè)器相連，該第二光電探測(cè)器的輸出端經(jīng)第二電纜與所述的高速數(shù)字示波器的第二輸入端相連。 所述的耦合裝置的構(gòu)成包括伽利略望遠(yuǎn)鏡和顯微物鏡，該伽利略望遠(yuǎn)鏡的長(zhǎng)焦距的凸透鏡和短焦距的凹透鏡分別置于兩個(gè)四維調(diào)節(jié)架上，用帶顯微物鏡架和采樣光纖端面固定裝置的五維調(diào)整架夾持所述的顯微物鏡和采樣光纖并置于一個(gè)帶光纖夾具的五維光纖耦合架上，所述顯微物鏡數(shù)值孔徑小于采樣光纖的數(shù)值孔徑。
所述的采樣光纖是多模石英光纖。 所述采樣光纖的長(zhǎng)度依次增加，以保證各路光纖傳輸?shù)墓庑盘?hào)在達(dá)到所述的光纖合束器的時(shí)間相互隔開。
所述的取樣鏡用是取待測(cè)點(diǎn)信號(hào)光的一部分來(lái)測(cè)量，而且保證測(cè)量光路不會(huì)對(duì)高功率激光器本身的光路造成干擾。 所述的光衰減器用來(lái)衰減信號(hào)光以同時(shí)保證 1、將信號(hào)光能量衰減到小于光脈沖在光纖中非線性傳輸?shù)拈撝担?2、光纖合束器輸出的光信號(hào)能量大于光電探測(cè)器的線性響應(yīng)閾值。 所述的耦合裝置是將空間光耦合到光纖的耦合裝置用以將測(cè)量點(diǎn)的光信號(hào)耦合
到采樣光纖中去；對(duì)應(yīng)于各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的光纖長(zhǎng)度依次增大，經(jīng)采樣光纖傳輸后的各路光脈
沖在時(shí)間上拉開相應(yīng)的間隔；所述的光纖合束器將各路光纖中的信號(hào)合并到一路光纖中輸
出；第二光電探測(cè)器探測(cè)光纖合束器中輸出的待測(cè)信號(hào)，第一光電探測(cè)器探測(cè)高功率激光
器的觸發(fā)信號(hào)；所述的光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后通過相應(yīng)的電纜，將電信號(hào)送
入所述的高速數(shù)字示波器。該高速數(shù)字示波器的第二輸入端接收合成后的信號(hào)，在該示波
器的界面上同時(shí)顯示多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的激光脈沖的時(shí)間波形。 本發(fā)明的技術(shù)效果 本發(fā)明采用的外觸發(fā)方式，可以減小激光裝置各個(gè)電源系統(tǒng)所產(chǎn)生的高頻電磁輻射對(duì)高速數(shù)字示波器工作的干擾。 本發(fā)明中所述的空間光到光纖的耦合裝置包括伽利略望遠(yuǎn)鏡和顯微物鏡的組合。
使用伽利略望遠(yuǎn)鏡具有長(zhǎng)焦距的凸透鏡和短焦距的凹透鏡，先將光束進(jìn)行準(zhǔn)直、縮束，這樣
做可以使光束更好地聚焦后平行傳輸。伽利略望遠(yuǎn)鏡是因?yàn)樗鼪]有內(nèi)部實(shí)焦點(diǎn)，否則容易
使激光束聚焦產(chǎn)生的高功率密度會(huì)使周圍空氣電離。在伽利略望遠(yuǎn)鏡之后，用短焦距的顯
微物鏡進(jìn)行聚焦耦合，其數(shù)值孔徑接近并稍微小于采樣光纖的數(shù)值孔徑。當(dāng)入射光斑直徑
小于光纖纖芯直徑，且入射光錐的數(shù)值孔徑小于光纖的數(shù)值孔徑時(shí)，有較大的耦合效率。所
述的采樣光纖是多模光纖，多模光纖纖芯直徑較大、數(shù)值孔徑高，可以減小光脈沖到光纖耦
合的調(diào)節(jié)難度，同時(shí)保證較高的耦合效率；所述的多模光纖為漸變折射率光纖，其模間色散
小，傳輸帶寬大，既能滿足測(cè)量對(duì)于帶寬的需要又能保證光纖的耦合傳輸效率，是較佳的選
擇；所述的光纖進(jìn)一步包括石英包層光纖，因?yàn)槭鼘庸饫w相對(duì)于塑料包層光纖而言有
較高的抗損傷閾值，可以減小由于激光能量過高而導(dǎo)致的光纖損傷的可能，同時(shí)石英包層
光纖具有較高的數(shù)值孔徑，其耦合效率高于有相同纖芯直徑的塑料包層光纖。 本發(fā)明高功率激光器多路光纖采樣時(shí)間波形測(cè)量裝置的突出優(yōu)點(diǎn)是用一個(gè)光電
轉(zhuǎn)換器完成多個(gè)采樣脈沖的光電轉(zhuǎn)換，用一個(gè)示波器通道實(shí)現(xiàn)多個(gè)信號(hào)的采集和存儲(chǔ)，利
用這些特點(diǎn)可以大量簡(jiǎn)化激光脈沖時(shí)間波形測(cè)量系統(tǒng)；用光纖對(duì)目標(biāo)脈沖進(jìn)行采樣，使得
該裝置還具有抗干擾能力強(qiáng)、長(zhǎng)度可調(diào)、光束導(dǎo)向靈活、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。采用本發(fā)明高功
率激光器多路光纖采樣時(shí)間波形測(cè)量裝置使得測(cè)量成本大幅降低，對(duì)提高驅(qū)動(dòng)器束間功率
平衡診斷能力有重要意義。


圖1是本發(fā)明高功率激光器多路光纖采樣時(shí)間波形測(cè)量裝置實(shí)施例的光路結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是光纖采樣測(cè)量裝置四路光纖測(cè)試結(jié)果圖
圖中
1、 11、 12、 13-取樣鏡，2、21、22、23-光衰減器，3、31、32、33_耦合裝置，4、41、42、43-采樣光纖，5-光纖合束器，6-第一光電探測(cè)器，61-第二光電探測(cè)器，7-第一電纜、71-第二電纜，8-高速數(shù)字示波器，9-高功率激光器
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明高功率激光器多路光纖采樣時(shí)間波形測(cè)量裝置實(shí)施例的光路結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明高功率激光器多路光纖采樣時(shí)間波形測(cè)量裝置的構(gòu)成包括 高速數(shù)字示波器8和待測(cè)的高功率激光器9 ; 由第一光電探測(cè)器6通過第一電纜7接所述的高速數(shù)字示波器8的第一輸入端構(gòu)成外觸發(fā)線路； 在所述的待測(cè)的高功率激光器9的多個(gè)待測(cè)點(diǎn)設(shè)置多路采樣光路每路采樣光路由依次連接的取樣鏡1、11、12、13、光衰減器2、21、22、23、耦合裝置3、31、32、33和采樣光纖4、41、42、43構(gòu)成; 所述的多路采樣光路的采樣光纖4、41、42、43與光纖合束器5的輸入端相連，該光纖合束器5的輸出端與第二光電探測(cè)器61相連，該第二光電探測(cè)器61的輸出端經(jīng)第二電纜71與所述的高速數(shù)字示波器8的第二輸入端相連。 所述的耦合裝置3、31、32、33的構(gòu)成相同，包括伽利略望遠(yuǎn)鏡和顯微物鏡，該伽利略望遠(yuǎn)鏡的長(zhǎng)焦距的凸透鏡和短焦距的凹透鏡分別置于兩個(gè)四維調(diào)節(jié)架上，用帶顯微物鏡架和采樣光纖端面固定裝置的五維調(diào)整架夾持所述的顯微物鏡和采樣光纖并置于一個(gè)帶光纖夾具的五維光纖耦合架上，所述顯微物鏡數(shù)值孔徑小于采樣光纖的數(shù)值孔徑。
所述的采樣光纖4、41、42、43是多模石英光纖。 圖1中示出高功率激光器4個(gè)測(cè)量點(diǎn)第一測(cè)量點(diǎn)、第二測(cè)量點(diǎn)、第3測(cè)量點(diǎn)和第4測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高功率激光器多路光纖采樣時(shí)間波形測(cè)量裝置各路光纖采樣測(cè)量裝置，是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例用四路采樣光纖對(duì)高功率激光器9的四個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行光纖采樣并束測(cè)量。 本實(shí)施例中使用的采樣光纖4、41、42、43為纖芯直徑400um的多模石英光纖，其長(zhǎng)度分別是lm、4m、7m、10m，光纖長(zhǎng)度間隔為3m，可以保證四條光路到達(dá)高速數(shù)字示波器8的時(shí)間間隔約為13.5ns，以保證各路信號(hào)之間不會(huì)產(chǎn)生重疊干擾(光脈寬為3ns)。通過計(jì)算獲得對(duì)于本實(shí)施例中光纖，波長(zhǎng)1053nm、脈寬3ns的光信號(hào)，產(chǎn)生非線性的功率閾值為3142w，所述的光電探測(cè)器51的功率響應(yīng)閾值為10w。本實(shí)施例中采用較佳的10倍衰減后獲得592w的待測(cè)光脈沖信號(hào)，以保證信號(hào)在采樣光纖4、41、42、43中線性傳輸同時(shí)輸出信號(hào)能夠被第二光電探測(cè)器51探測(cè)到。 空間光到光纖的耦合裝置3、31、32、33，都包括伽利略望遠(yuǎn)鏡和顯微物鏡的組合。伽利略望遠(yuǎn)鏡的長(zhǎng)焦距的凸透鏡和短焦距的凹透鏡分別置于兩個(gè)四維調(diào)節(jié)架上，用帶顯微物鏡架和采樣光纖端面固定裝置的五維調(diào)整架夾持所述的顯微物鏡和采樣光纖。高功率激光器輸出的波長(zhǎng)為1053nm，束腰直徑為40mm，通過伽利略望遠(yuǎn)鏡對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)直縮束，縮束比為IO : 1，縮束后的束腰直徑為4mm。 10倍顯微物鏡位于縮束后束腰的位置。將活接頭連同采樣光纖插入五維調(diào)整架夾持光纖接頭，然后固緊活接頭。利用五維調(diào)整架調(diào)節(jié)光纖端面和顯微物鏡的距離，本實(shí)施例中當(dāng)采樣光纖端面和顯微物鏡的距離為6-7mm時(shí)，空間光到光纖的耦合效率最高。第一光電探測(cè)器5采集待測(cè)的高功率激光器8的觸發(fā)信號(hào)光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后通過第一電纜觸發(fā)所述的高速數(shù)字示波器7，第一測(cè)量點(diǎn)、第二測(cè)量點(diǎn)、第n-l測(cè)量點(diǎn)和第n測(cè)量點(diǎn)的光信號(hào)由各自的取樣鏡l、ll、12、13取樣，經(jīng)相應(yīng)的光衰減器2、21、22、23、耦合裝置3、31 、32、33和采樣光纖4、41 、42、43后，通過光纖合束器5集合到一起，將輸出的光信號(hào)送到第二光電探測(cè)器61感光面上，信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后通過第二電纜71傳輸?shù)礁咚贁?shù)字示波器8上。 測(cè)試結(jié)果如圖2所示，表明本發(fā)明中的裝置可以成功地在高速數(shù)字示波器的一個(gè)通道上現(xiàn)實(shí)四路波形測(cè)量。本發(fā)明具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、長(zhǎng)度可調(diào)、光束導(dǎo)向靈活、便于集成控制等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
一種高功率激光器多路光纖采樣時(shí)間波形測(cè)量裝置，特征在于其構(gòu)成包括高速數(shù)字示波器和待測(cè)的高功率激光器；由第一光電探測(cè)器通過第一電纜接所述的高速數(shù)字示波器的第一輸入端構(gòu)成外觸發(fā)線路；在所述的待測(cè)的高功率激光器的多個(gè)待測(cè)點(diǎn)設(shè)置采樣光路形成多路采樣光路每路采樣光路由依次連接的取樣鏡、光衰減器、耦合裝置和采樣光纖構(gòu)成；所述的多路采樣光路的采樣光纖與光纖合束器的輸入端相連，該光纖合束器的輸出端與第二光電探測(cè)器相連，該第二光電探測(cè)器的輸出端經(jīng)第二電纜與所述的高速數(shù)字示波器的第二輸入端相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光器多路光纖采樣時(shí)間波形測(cè)量裝置，其特征在于，所述的耦合裝置的構(gòu)成包括伽利略望遠(yuǎn)鏡和顯微物鏡，該伽利略望遠(yuǎn)鏡的長(zhǎng)焦距的凸透鏡和短焦距的凹透鏡分別置于兩個(gè)四維調(diào)節(jié)架上，用帶顯微物鏡架和采樣光纖端面固定裝置的五維調(diào)整架夾持所述的顯微物鏡和采樣光纖并置于一個(gè)帶光纖夾具的五維光纖耦合架上，所述顯微物鏡數(shù)值孔徑小于采樣光纖的數(shù)值孔徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光器多路光纖采樣時(shí)間波形測(cè)量裝置，其特征在于，所述的采樣光纖是多模石英光纖。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光器多路光纖采樣時(shí)間波形測(cè)量裝置，其特征在于，所述采樣光纖的長(zhǎng)度依次增加，以保證各路光纖傳輸?shù)墓庑盘?hào)在達(dá)到所述的光纖合束器的時(shí)間相互隔開。
全文摘要
一種高功率激光器多路光纖采樣時(shí)間波形測(cè)量裝置，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括高速數(shù)字示波器和待測(cè)的高功率激光器；由第一光電探測(cè)器通過第一電纜接所述的高速數(shù)字示波器第一輸入端構(gòu)成外觸發(fā)線路；在所述的待測(cè)的高功率激光器的多個(gè)待測(cè)點(diǎn)設(shè)置多路采樣光路每路采樣光路由依次連接的取樣鏡、光衰減器、耦合裝置和采樣光纖構(gòu)成；所述的多路采樣光路的采樣光纖與光纖合束器的輸入端相連，該光纖合束器的輸出端與第二光電探測(cè)器相連，該第二光電探測(cè)器的輸出端經(jīng)第二電纜與所述的高速數(shù)字示波器的第二輸入端相連。本發(fā)明具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、長(zhǎng)度可調(diào)、光束導(dǎo)向靈活、便于集成控制等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J11/00GK101782436SQ20101012960
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者唐順興, 張春香, 曹婧, 朱寶強(qiáng), 楊琳, 高妍琦 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所