一種自動(dòng)測(cè)量激光脈寬自相關(guān)儀及測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種自動(dòng)測(cè)量激光脈寬自相關(guān)儀，包括光闌、分束鏡、反射鏡、倍頻晶體、線陣CCD和處理器，待測(cè)激光脈沖通過(guò)光闌得到標(biāo)準(zhǔn)脈沖，再由分束鏡分為兩束相同脈沖；兩束脈沖分別經(jīng)過(guò)兩組反射鏡反射到倍頻晶體進(jìn)行自相干，通過(guò)線陣CCD檢測(cè)自相干脈沖并將檢測(cè)到的強(qiáng)度數(shù)據(jù)傳給處理器，通過(guò)處理器計(jì)算得到激光脈沖寬度。本發(fā)明直接從線陣CCD輸出信號(hào)中讀取強(qiáng)度和延時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算得到激光脈沖寬度，提高了測(cè)量精度，操作簡(jiǎn)單，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。
【專利說(shuō)明】一種自動(dòng)測(cè)量激光脈寬自相關(guān)儀及測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及飛秒激光【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種自動(dòng)測(cè)量激光脈寬自相關(guān)儀及測(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在過(guò)去幾十年時(shí)間里，超短激光脈沖的產(chǎn)生與應(yīng)用得到巨大的發(fā)展。在物理學(xué)、生物學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域中，利用飛秒短激光脈沖觀測(cè)各種動(dòng)力學(xué)過(guò)程以及超快速現(xiàn)象，已經(jīng)成為一種嶄新而有效的研宄手段，相應(yīng)的，超短脈沖特性的測(cè)量也顯得特別重要。目前經(jīng)常采用自相關(guān)法，自相關(guān)儀結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單，具有較高的分辨率和靈敏度，是超短脈沖寬度測(cè)量普遍采用的儀器。
[0003]自相關(guān)儀的測(cè)量原理是讓兩個(gè)相同脈沖產(chǎn)生時(shí)間差，使得這兩個(gè)脈沖在倍頻晶體中相互作用產(chǎn)生倍頻，再采用線陣冗0采集信號(hào)，并將采集到的信號(hào)傳送給示波器，通過(guò)示波器讀取相關(guān)參數(shù)進(jìn)而計(jì)算得到脈沖寬度。采用示波器讀取數(shù)據(jù)必然就存在誤差問(wèn)題，為了提高精度，計(jì)算多次均值，但是其沒(méi)有從根本上消除示波器所帶來(lái)的測(cè)量誤差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷和改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種可自動(dòng)測(cè)量的激光脈寬自相關(guān)儀裝置及測(cè)量方法，其取消了示波器，直接讀取強(qiáng)度數(shù)組數(shù)據(jù)，根據(jù)得到的最小脈寬格值，選取最合適的自相干點(diǎn)，進(jìn)而計(jì)算得到脈沖寬度，避免了示波器帶來(lái)的測(cè)量誤差，提高了精度。
[0005]—種自動(dòng)測(cè)量激光脈寬自相關(guān)儀，包括:光闌、分束鏡、第一、二、三、四、五、六反射鏡，倍頻晶體9、線陣冗0、處理器、精密移動(dòng)平臺(tái)；
[0006]光闌，用于將待測(cè)激光脈沖調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)脈沖；分束鏡，置于光闌前方，用于將標(biāo)準(zhǔn)脈沖分為兩束相同脈沖；第一、二反射鏡形成直角反射鏡，用于將入射其表面的第一束脈沖原方向返回到第三反射鏡；第三反射鏡，用于將入射的第一束脈沖反射至第六反射鏡；第四反射鏡，用于將第二束脈沖反射至第五反射鏡；第五反射鏡，用于將入射的第二束脈沖反射至第六射鏡；第六反射鏡，用于將入射的兩束反射鏡反射至倍頻晶體；倍頻晶體，用于使得兩束相同脈沖產(chǎn)生倍頻；線陣^0，用于采集倍頻晶體輸出的脈沖信號(hào)強(qiáng)度；精密移動(dòng)平臺(tái)，用于放置第一、二反射鏡，通過(guò)位置移動(dòng)調(diào)整到第一個(gè)自相干點(diǎn)和第二個(gè)自相干點(diǎn)；處理器，用于依據(jù)線陣冗0采集的脈沖信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算脈沖寬度。
[0007]進(jìn)一步地，所述處理器，其包括波形半寬度格值確定模塊、自相干點(diǎn)解析模塊和脈沖寬度解析模塊，波形半寬度格值確定模塊用于從脈沖信號(hào)強(qiáng)度中解析出波峰所在像元數(shù)值和波峰強(qiáng)度值，計(jì)算1/2波峰強(qiáng)度值所在兩像元位置之差的絕對(duì)值即為波形半寬度格值，通過(guò)不斷移動(dòng)精密移動(dòng)平臺(tái)調(diào)整第一、二反射鏡位置，直到確定某一區(qū)間，該區(qū)間對(duì)應(yīng)的波形半寬度格值最小記為X，區(qū)間的兩個(gè)端值分別作為第一自相干點(diǎn)和第二自相干點(diǎn)；自相干點(diǎn)解析模塊用于在第一、第二自相干點(diǎn)得到的脈沖信號(hào)強(qiáng)度中解析波峰所在像元數(shù)值￡11，32，記錄對(duì)應(yīng)的精密移動(dòng)平臺(tái)位置81，82 ；脈沖寬度解析模塊，用于計(jì)算激光脈寬I =2^(82-81)^3333/(82-81)0為待測(cè)激光脈沖波形系數(shù)。
[0008]一種基于所述的激光脈寬自相關(guān)儀的脈寬測(cè)量方法，具體為:
[0009]通過(guò)不斷移動(dòng)精密移動(dòng)平臺(tái)調(diào)整第一、二反射鏡位置，直到確定某一區(qū)間，該區(qū)間對(duì)應(yīng)的波形半寬度格值最小記為X ；所述波形半寬度格值的計(jì)算方式為:處理器從線陣冗0采集到的脈沖信號(hào)強(qiáng)度中解析出波峰所在像元數(shù)值和波峰強(qiáng)度值，計(jì)算1/2波峰強(qiáng)度值所在兩像元位置之差的絕對(duì)值即為波形半寬度格值；
[0010]將區(qū)間的兩個(gè)端值分別作為第一自相干點(diǎn)和第二自相干點(diǎn)；
[0011〕 調(diào)整精密移動(dòng)平臺(tái)位置至第一個(gè)自相干點(diǎn)，處理器從在第一個(gè)自相干點(diǎn)得到的脈沖信號(hào)強(qiáng)度中解析波峰所在像元數(shù)值并記錄精密移動(dòng)平臺(tái)位置81 ；
[0012]調(diào)整精密移動(dòng)平臺(tái)位置至第二個(gè)自相干點(diǎn)，處理器從在第二個(gè)自相干點(diǎn)得到的脈沖信號(hào)強(qiáng)度中解析波峰所在像元數(shù)值⑷，并記錄精密移動(dòng)平臺(tái)位置82 ；
[0013]計(jì)算激光脈寬I = | 2氺(82-81) ^3333/ (￡12-^1) |0為待測(cè)激光脈沖波形系數(shù)。
[0014]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本發(fā)明直接從線陣輸出信號(hào)中讀取強(qiáng)度和延時(shí)數(shù)據(jù)，并選取了最佳自相干點(diǎn)，計(jì)算得到激光脈沖寬度，其避免了使用示波器帶來(lái)的誤差，提高了測(cè)量精度，操作簡(jiǎn)單，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并緊湊。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明自相關(guān)儀結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2是本發(fā)明測(cè)試到的選取第一點(diǎn)位置波形圖；
[0017]圖3是本發(fā)明測(cè)試到的選取第二點(diǎn)位置波形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0019]光闌1、分束鏡2、反射鏡3-8、倍頻晶體9、線陣(^010和處理器11，首先待測(cè)激光脈沖通過(guò)光闌得到標(biāo)準(zhǔn)脈沖，再由分束鏡分為兩束相同脈沖。兩束脈沖分別經(jīng)過(guò)反射鏡3、4、5、8和反射鏡6、7、8兩條光路反射到880倍頻晶體上，后在880晶體的垂直軸線后通過(guò)線陣檢測(cè)自相干脈沖，再將檢測(cè)到的強(qiáng)度數(shù)據(jù)傳給處理器，通過(guò)處理器計(jì)算得到激光脈沖寬度。
[0020]在上述的自動(dòng)測(cè)量激光脈寬自相關(guān)儀裝置，所述裝置的光束均在同一平面上，且所述裝置均固定于同一面包板上。
[0021]在本發(fā)明所述的自動(dòng)測(cè)量激光脈寬的自相關(guān)儀裝置，反射鏡3、4固定于同一精密移動(dòng)平臺(tái)上，可橫向移動(dòng)。通過(guò)精密移動(dòng)平臺(tái)調(diào)整到第一個(gè)自相干點(diǎn)和第二個(gè)自相干點(diǎn)。
[0022]在上述的自動(dòng)測(cè)量激光脈寬的自相關(guān)儀裝置，880倍頻晶體9固定在旋轉(zhuǎn)位移平臺(tái)上，使兩束激光可以以完全匯聚到晶體上，同時(shí)在倍頻晶體后添加濾波片，得到所需倍頻光。
[0023]線陣檢測(cè)自相關(guān)強(qiáng)度參數(shù)后傳給所述的處理器，其工作過(guò)程為:
[0024]1)通過(guò)不斷移動(dòng)精密移動(dòng)平臺(tái)調(diào)整第一、二反射鏡(33)位置，直到確定某一區(qū)間，該區(qū)間對(duì)應(yīng)的波形半寬度格值最小記為X ；所述波形半寬度格值的計(jì)算方式為:處理器從線陣采集到的脈沖信號(hào)強(qiáng)度中解析出波峰所在像元數(shù)值和波峰強(qiáng)度值，計(jì)算1/2波峰強(qiáng)度值所在兩像元位置之差的絕對(duì)值即為波形半寬度格值；
[0025]2)將區(qū)間的兩個(gè)端值分別作為第一自相干點(diǎn)和第二自相干點(diǎn)；
[0026]3)選定第一個(gè)自相干點(diǎn)，處理器從在第一個(gè)自相干點(diǎn)得到的脈沖信號(hào)強(qiáng)度中解析波峰所在像元數(shù)值￡11，記錄此時(shí)移動(dòng)位移平臺(tái)示數(shù)81，單位:皿；
[0027]3)調(diào)節(jié)通過(guò)反射鏡3、4、5、8光路光程，使兩條光路產(chǎn)生時(shí)間延遲至第二個(gè)自相干點(diǎn)，處理器從在第二個(gè)自相干點(diǎn)得到的脈沖信號(hào)強(qiáng)度中解析波峰所在像元數(shù)值⑷，并記錄精密移動(dòng)平臺(tái)位置82 ；單位:111111 ；
[0028]4)根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算出所測(cè)激光脈寬評(píng)=2^(82-81)^3333/(￡12-81) ^0，單位:飛秒。
[0029]以下舉一個(gè)具體實(shí)例:
[0030]測(cè)量一束近紅外高斯飛秒激光脈沖，所使用線陣芯片型號(hào)為東芝I'⑶1304八?，像素大小為8 4111X200 VIII。所使用芯片為采用匕“化界編寫(xiě)并發(fā)布為可安裝程序。則可以確定此時(shí)波形系數(shù)為0 = 0.707，半寬度格值為X = 24。圖2給出了選定第一點(diǎn)的波形圖，可讀得此時(shí)激光波峰所在像元為4 = 2407，輸入此時(shí)的位移平臺(tái)示數(shù)81 =2.650。調(diào)節(jié)移動(dòng)位移平臺(tái)，使兩束光路產(chǎn)生光路延遲，圖3給出了選定第二點(diǎn)。讀得此時(shí)激光波峰像元為…=2192，此時(shí)位移平臺(tái)示數(shù)為82 = 2.743。
[0031]根據(jù)脈寬計(jì)算公式評(píng)=2^(82-81)^3333/(82-81) |0，則得到所測(cè)激光脈寬為 48.9^80
[0032]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種自動(dòng)測(cè)量激光脈寬自相關(guān)儀，其特征在于，包括:光闌(I)、分束鏡(2)、第一、二、三、四、五、六反射鏡(3、4、5、6、7、8)，倍頻晶體(9)、線陣CXD(10)、處理器(11)、精密移動(dòng)平臺(tái)； 光闌(I)，用于將待測(cè)激光脈沖調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)脈沖；分束鏡(2)，置于光闌(I)前方，用于將標(biāo)準(zhǔn)脈沖分為兩束相同脈沖；第一、二反射鏡(3、4)形成直角反射鏡，用于將入射其表面的第一束脈沖原方向返回到第三反射鏡(5);第三反射鏡(5)，用于將入射的第一束脈沖反射至第六反射鏡(8);第四反射鏡￠)，用于將第二束脈沖反射至第五反射鏡(7);第五反射鏡(7)，用于將入射的第二束脈沖反射至第六射鏡(8);第六反射鏡(8)，用于將入射的兩束反射鏡反射至倍頻晶體(9);倍頻晶體(9)，用于使得兩束相同脈沖產(chǎn)生倍頻；線陣CCD (10)，用于采集倍頻晶體(9)輸出的脈沖信號(hào)強(qiáng)度；精密移動(dòng)平臺(tái)，用于放置第一、二反射鏡(3、4)，通過(guò)位置移動(dòng)調(diào)整到第一個(gè)自相干點(diǎn)和第二個(gè)自相干點(diǎn)；處理器(11)，用于依據(jù)線陣CCD(1)采集的脈沖信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算脈沖寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)測(cè)量激光脈寬自相關(guān)儀，其特征在于，所述處理器(11)，其包括波形半寬度格值確定模塊、自相干點(diǎn)解析模塊和脈沖寬度解析模塊，波形半寬度格值確定模塊用于從脈沖信號(hào)強(qiáng)度中解析出波峰所在像元數(shù)值和波峰強(qiáng)度值，計(jì)算1/2波峰強(qiáng)度值所在兩像元位置之差的絕對(duì)值即為波形半寬度格值，通過(guò)不斷移動(dòng)精密移動(dòng)平臺(tái)調(diào)整第一、二反射鏡(3、4)位置，直到確定某一區(qū)間，該區(qū)間對(duì)應(yīng)的波形半寬度格值最小記為X，區(qū)間的兩個(gè)端值分別作為第一自相干點(diǎn)和第二自相干點(diǎn)；自相干點(diǎn)解析模塊用于在第一、第二自相干點(diǎn)得到的脈沖信號(hào)強(qiáng)度中解析波峰所在像元數(shù)值al，a2，記錄對(duì)應(yīng)的精密移動(dòng)平臺(tái)位置sl，s2 ;脈沖寬度解析模塊，用于計(jì)算激光脈寬W= |2*(s2-sl)*3333/(a2-al) |*Χ*β，β為待測(cè)激光脈沖波形系數(shù)。
3.一種基于權(quán)利要求1所述的激光脈寬自相關(guān)儀的脈寬測(cè)量方法，其特征在于，具體為: 通過(guò)不斷移動(dòng)精密移動(dòng)平臺(tái)調(diào)整第一、二反射鏡(3、4)位置，直到確定某一區(qū)間，該區(qū)間對(duì)應(yīng)的波形半寬度格值最小記為X ;所述波形半寬度格值的計(jì)算方式為:處理器從線陣CCD采集到的脈沖信號(hào)強(qiáng)度中解析出波峰所在像元數(shù)值和波峰強(qiáng)度值，計(jì)算1/2波峰強(qiáng)度值所在兩像元位置之差的絕對(duì)值即為波形半寬度格值； 將區(qū)間的兩個(gè)端值分別作為第一自相干點(diǎn)和第二自相干點(diǎn)； 調(diào)整精密移動(dòng)平臺(tái)位置至第一個(gè)自相干點(diǎn)，處理器從在第一個(gè)自相干點(diǎn)得到的脈沖信號(hào)強(qiáng)度中解析波峰所在像元數(shù)值al，并記錄精密移動(dòng)平臺(tái)位置Si ; 調(diào)整精密移動(dòng)平臺(tái)位置至第二個(gè)自相干點(diǎn)，處理器從在第二個(gè)自相干點(diǎn)得到的脈沖信號(hào)強(qiáng)度中解析波峰所在像元數(shù)值a2，并記錄精密移動(dòng)平臺(tái)位置s2 ; 計(jì)算激光脈寬W= 2*(s2-sl)*3333/(a2-al) |*Χ*β，β為待測(cè)激光脈沖波形系數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01B11/02GK104483027SQ201410735224
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】張慶斌, 陸培祥, 李超, 蘭鵬飛, 程通, 馮海文, 張生輝 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)