本發(fā)明屬于激光，特別是一種高功率激光束間延時(shí)測(cè)量裝置和方法，本發(fā)明涉及多束高功率激光系統(tǒng)的時(shí)間延時(shí)測(cè)量和調(diào)節(jié)。

背景技術(shù)：

1、在高功率激光技術(shù)領(lǐng)域，物理實(shí)驗(yàn)中需要多束光束打靶時(shí)通常要求多束激光同一時(shí)刻到達(dá)靶點(diǎn)。由于高功率激光大能量發(fā)射時(shí)間間隔一般為數(shù)小時(shí)，且發(fā)射成本較高，為了提高多路激光時(shí)間同步精密調(diào)節(jié)效率、節(jié)約成本，一般不會(huì)通過發(fā)射大能量激光束進(jìn)行束間延時(shí)精密測(cè)量，通常的做法是：采用其它諸如小能量間接方式精密測(cè)量并調(diào)節(jié)激光束間延時(shí)，如果有必要再發(fā)射大能量發(fā)次進(jìn)行確認(rèn)并進(jìn)一步消除誤差。如果小能量間接方式精密測(cè)量并調(diào)節(jié)束間延時(shí)的精度能達(dá)到較高精度且具備較高的實(shí)施效率，則可以免除大能量發(fā)次并保證束間同步精度。

2、高功率激光系統(tǒng)一般采用大口徑釹玻璃材料作為放大介質(zhì)，其輸出激光中心波長(zhǎng)一般為1053nm，被稱為基頻光；為了提高束靶耦合效率，一般會(huì)采用大口徑非線性晶體作為諧波轉(zhuǎn)換模塊將基頻光束進(jìn)行諧波轉(zhuǎn)換，將光束的頻率從基頻轉(zhuǎn)換為倍頻或者三倍頻。非線性晶體根據(jù)高功率激光裝置基頻輸出的功率密度特性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，諧波轉(zhuǎn)換效率與功率密度特性密切相關(guān)。在大能量發(fā)射時(shí)，諧波轉(zhuǎn)換效率一般能超過60％。但是，用于調(diào)試的激光功率密度一般比大能量發(fā)射時(shí)低超過3個(gè)數(shù)量級(jí)，經(jīng)過非線性晶體轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的三倍頻能量一般會(huì)低超過9個(gè)數(shù)量級(jí)，且未經(jīng)諧波轉(zhuǎn)換的基頻光束如果進(jìn)入靶球，會(huì)在探測(cè)面上形成客觀的噪聲，升至超過三倍頻信號(hào)若干量級(jí)，這將嚴(yán)重干擾各路光束時(shí)間波形測(cè)量結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提出一種高功率激光束間延時(shí)測(cè)量裝置和方法，通過分段分波長(zhǎng)進(jìn)行時(shí)間延時(shí)測(cè)量，最后進(jìn)行總延時(shí)累加確定各路光束相對(duì)于基準(zhǔn)的時(shí)間延時(shí)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

3、一種高功率激光束間延時(shí)測(cè)量裝置和方法，其特點(diǎn)在于：該裝置包括時(shí)鐘基準(zhǔn)、高速示波器、第一光電管、第二光電管、重頻主激光系統(tǒng)和三倍頻模擬光。分段分波長(zhǎng)進(jìn)行時(shí)間延時(shí)測(cè)量時(shí)，分兩個(gè)階段完成：基頻段相對(duì)時(shí)間延時(shí)測(cè)量和三倍頻段相對(duì)延時(shí)測(cè)量。

4、在基頻段相對(duì)時(shí)間延時(shí)測(cè)量時(shí)，時(shí)鐘基準(zhǔn)發(fā)出的信號(hào)最終以電信號(hào)的方式接入高速示波器第一通道，作為基頻時(shí)間延時(shí)的參考點(diǎn)。重頻主激光系統(tǒng)輸出脈沖經(jīng)過高功率激光系統(tǒng)在到達(dá)諧波轉(zhuǎn)換模塊前被第一光電管接收，第一光電管產(chǎn)生的電脈沖接入高速示波器第二通道，選擇示波器第一通道或者示波器第二通道作為示波器外部觸發(fā)源，記錄觸發(fā)一次后示波器第一通道波形和示波器第二通道波形的延遲量，記錄為δt1。

5、在三倍頻段相對(duì)時(shí)間延時(shí)測(cè)量時(shí)，三倍頻模擬光從諧波轉(zhuǎn)換模塊前入射，并透過諧波轉(zhuǎn)換模塊等終端光學(xué)元件后匯聚至靶點(diǎn)，在靶點(diǎn)放置第二光電管，第二電管產(chǎn)生的電脈沖接入高速示波器第三通道。選擇示波器第二通道或者示波器第三通道作為示波器外部觸發(fā)源，記錄觸發(fā)一次后示波器第二通道波形和示波器第三通道波形的延遲量，記錄為δt2。

6、最后進(jìn)行總延時(shí)累加確定各路主激光光束到達(dá)靶點(diǎn)的時(shí)刻相對(duì)于基準(zhǔn)的時(shí)間延時(shí)為δ＝δt1+δt2+δ，其中δ是固定偏差，與第一光電管、第二光電管以及它們連接至示波器的線纜有關(guān)，對(duì)于多束激光采用相同的第一光電管、第二光電管以及它們連接至示波器的線纜等，重復(fù)以上步驟，可分別測(cè)量各路光束到達(dá)靶點(diǎn)的時(shí)刻相對(duì)于時(shí)鐘基準(zhǔn)的延時(shí)量。

7、所述第一光電管必須對(duì)基頻光束和三倍頻光束均有響應(yīng)。

8、所述重頻主激光系統(tǒng)輸出脈沖相對(duì)時(shí)鐘基準(zhǔn)的延遲量不隨時(shí)間變化而變化。

9、所述三倍頻模擬光與主激光產(chǎn)生的三倍頻光束同軸。

10、所述三倍頻模擬光一般是基于調(diào)q激光器進(jìn)行內(nèi)腔或者腔外諧波轉(zhuǎn)換產(chǎn)生數(shù)千赫茲的重頻脈沖激光，且一般會(huì)出現(xiàn)很多等間隔的小尖峰。

11、所述第一光電管在進(jìn)行基頻段相對(duì)時(shí)間延時(shí)測(cè)量時(shí)和三倍頻段相對(duì)時(shí)間延時(shí)測(cè)量時(shí)的位置和姿態(tài)保持不變。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果如下：

13、通過分段分波長(zhǎng)進(jìn)行時(shí)間延時(shí)測(cè)量，最后進(jìn)行總延時(shí)累加確定各路主激光光束到達(dá)靶點(diǎn)的時(shí)刻相對(duì)于基準(zhǔn)的時(shí)間延時(shí)。

14、利用現(xiàn)有的重頻主激光系統(tǒng)、三倍頻模擬光源等設(shè)備，無需新增設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)束間延時(shí)的高精度測(cè)量，原理和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，易于工程實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)特征：

1.一種高功率激光束間延時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于，包括時(shí)鐘基準(zhǔn)、高速示波器、第一光電管、第二光電管、重頻主激光系統(tǒng)和三倍頻模擬光；其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光束間延時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一光電管對(duì)基頻光束和三倍頻光均有響應(yīng)，且在進(jìn)行基頻段相對(duì)時(shí)間延時(shí)測(cè)量時(shí)和三倍頻段相對(duì)時(shí)間延時(shí)測(cè)量時(shí)的位置和姿態(tài)保持不變。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光束間延時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于，通過選擇所述高速示波器的不同通道作為觸發(fā)源，分別記錄基頻段和三倍頻段的波形延遲量δt1和δt2，并確定總延時(shí)δ＝δt1+δt2+δ，其中δ是固定偏差。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率激光束間延時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于，所述三倍頻模擬光與主激光產(chǎn)生的三倍頻光束同軸。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的高功率激光束間延時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于，所述三倍頻模擬光是基于調(diào)q激光器進(jìn)行諧波轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的重頻脈沖激光，具有等間隔的小尖峰。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的高功率激光束間延時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一光電管在進(jìn)行基頻段相對(duì)時(shí)間延時(shí)測(cè)量和三倍頻段相對(duì)時(shí)間延時(shí)測(cè)量時(shí)，位置和姿態(tài)均保持不變。

7.一種高功率激光束間延時(shí)測(cè)量方法，其特征在于，包括基頻段相對(duì)時(shí)間延時(shí)測(cè)量和三倍頻段相對(duì)延時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)階段；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高功率激光束間延時(shí)測(cè)量方法，其特征在于，對(duì)于多束激光，重復(fù)以上步驟，分別測(cè)量各路光束到達(dá)靶點(diǎn)的時(shí)刻相對(duì)于時(shí)鐘基準(zhǔn)的延時(shí)量。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高功率激光束間延時(shí)測(cè)量方法，其特征在于，所述重頻主激光系統(tǒng)輸出脈沖相對(duì)時(shí)鐘基準(zhǔn)(1)的延遲量不隨時(shí)間變化而變化。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高功率激光束間延時(shí)測(cè)量方法，其特征在于，測(cè)量時(shí)，所述三倍頻模擬光(6)與主激光產(chǎn)生的三倍頻光束同軸。

技術(shù)總結(jié)
一種高功率激光束間延時(shí)測(cè)量裝置，在基頻段相對(duì)時(shí)間延時(shí)測(cè)量時(shí)，時(shí)鐘基準(zhǔn)發(fā)出的信號(hào)以電信號(hào)方式接入高速示波器第一通道，所述重頻主激光系統(tǒng)輸出的脈沖被第一光電管接收并轉(zhuǎn)換為電脈沖，接入高速示波器第二通道；在三倍頻段相對(duì)時(shí)間延時(shí)測(cè)量時(shí)，三倍頻模擬光透過終端光學(xué)元件后由第二光電管接收并轉(zhuǎn)換為電脈沖，接入高速示波器第三通道。本發(fā)明通過分段分波長(zhǎng)進(jìn)行時(shí)間延時(shí)測(cè)量，最后進(jìn)行總延時(shí)累加確定各路光束到達(dá)靶點(diǎn)處相對(duì)于基準(zhǔn)的時(shí)間延時(shí)。利用現(xiàn)有的重頻主激光系統(tǒng)、三倍頻模擬光源等設(shè)備，無需新增設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)束間延時(shí)的高精度測(cè)量，原理和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，易于工程實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)研發(fā)人員：郭亞晶,唐順興,范龍華,朱寶強(qiáng),朱健強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23