对比度单发测量装置的制作方法

本发明涉及对比度测量领域，在高能量激光脉冲，尤其是拍瓦激光脉冲表征领域有着重要应用前景，具体是一种对比度单发测量装置。

技术背景

随着啁啾脉冲放大技术以及光学参量啁啾脉冲放大技术的发展，激光脉冲的峰值功率越来越高，再结合自适应系统，激光脉冲的聚焦强度可以达到10²¹w/cm²以上，这种高强度的激光脉冲在粒子加速、x射线产生以及惯性约束聚变等领域有着重要应用。随着峰值功率的提升，脉冲的对比度这一参数变得非常重要。由于ase的存在，脉冲前沿的小脉冲可能会提前和物质相互作用形成等离子体从而影响主脉冲和物质的相互作用。为了更好的研究激光脉冲对比度对激光物质相互作用物理实验的影响，首先必须要能准确的测量激光脉冲的对比度，因而脉冲对比度测量非常的重要。

目前对于高重复频率的激光系统，扫描式三阶互相关仪是常用的装置，而且已经商品化，但是扫描式三阶互相关仪往往需要好几百甚至上千发激光脉冲才能完成一次测量，非常耗时间，而且对于目前的高能量激光装置，通常都是运行在低重复频率状态，使用扫描式三阶互相关仪更不现实，因而必须要有单发模式的对比度测量装置；除此之外，二阶非线性过程获得的取样光脉冲净化能力有限，可能会影响测量准确性，有必要进一步提高。

对于单发对比度测量装置，首先要有一个对比度高于待测光的取样光，现在常用的方法是基于光学参量放大器产生，但是这样就导致装置变得很复杂；倍频虽然也能获得高对比度的取样关，但是这样会使得互相关信号光处于紫外的波长范围，不利于互相关信号光的采集；获得高对比度取样光之后，取样光和待测光在和频晶体中大角度交叉相互作用，所获得的互相关信号光在空间的强度分布就可以表征待测光的对比度信息，对于该互相关信号光强度的采集需要使用高动态范围的二维面阵，现阶段的常用方法是使用光纤阵列采集互相关信号光，传输至光电倍增管接收分析强度信息，由于光纤的口径相对较大，这就使得数据采集的分辨率较小。

技术实现要素：

为了使得对比度单发测量装置的取样光更容易获取且对比度高，互相关信号光的采集更加的简单以及分辨率更高，使用三阶非线性过程获得互相关信号光，然后使用像素元只有微米量级的scmos来进行数据采集，整个单发对比度测量装置简单紧凑，分辨率高，动态范围高。

本发明专利的技术解决方案如下：

一种对比度单发测量装置，其构成包括：楔形分束片、高对比度取样光产生结构、第一反射镜、第一扩束器、第一柱面聚焦元件、二阶非线性晶体、第二反射镜、置于平移台上的第三反射镜和第四反射镜、第五反射镜、第二扩束器、第二柱面聚焦元件、条形衰减片、成像透镜、光谱滤波片和scmos相机。

入射光经过楔形分束片之后，入射光被分成反射光和透射光，在所述透射光的光路上依次设置高对比度取样光产生结构，第一反射镜，第一扩束器，第一柱面聚焦元件，所述透射光最终经所述第一柱面聚焦元件聚焦入射到一枚二阶非线性晶体中；所述的高对比度取样光产生结构可以基于自衍射效应、交叉偏振波产生和级联四波混频等三阶非线性过程产生高能量高对比度的取样光；在所述反射光的光路上依次设置第二反射镜、置于平移台上的第三反射镜和第四反射镜第五反射镜，第二扩束器，第二柱面聚焦元件，然后也入射到所述二阶非线性晶体中并与所述反射光重合，所述第三反射镜和第四反射镜位于所述平移台上构成时间延迟线；当所述入射光和所述透射光在时间空间上重合的时候，基于二阶和频效应会在所述二阶非线性晶体产生互相关信号光；所述的互相关信号光依次通过条形衰减片、成像透镜和光谱滤波片，最终入射到一台scmos相机。

所述的高对比度取样光产生结构可以基于自衍射效应、交叉偏振波产生和级联四波混频等三阶非线性过程产生高能量高对比度的取样光。

所述的取样光是基于三阶非线性过程获得，例如自衍射效应、交叉偏振波产生和级联四波混频，取样光对比度很高，是待测光的三次方。

所述的scmos相机作为数据采集装置，像素元尺寸小，数据测量的分辨率高。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本装置使用三阶非线性过程获得取样光，对比度更高是入射光的三次方，能避免互相关过程测量误差的产生，而且装置更加简单紧凑；

本装置使用scmos来采集互相关信号光的强度，分辨率更加的高。

附图说明

图1是本发明对比度单发测量装置的光路图

图2是本发明对比度单发测量装置所获得的互相关信号光的在scmos相机上的图片

图3是本发明对比度单发测量装置对比度测量结果

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明，但是不应以此限制本发明的保护范围。如图1所示，由钛宝石放大器出射的800nm，1khz，40fs激光脉冲，经过主光路上设置的一枚楔形分束片，入射光被分成反射光和透射光，在所述透射光的入射到取样光产生装置，在本具体实例中是基于级联四波混频的作用获得了中心波长的830nm的取样光，能量大于100微焦，所述的取样光继续经过第一反射镜，和一个二倍扩束器，和一个焦距200mm的第一柱面反射镜，聚焦入射到一枚厚度1.5mm的二阶非线性晶体bbo中；所述的反射光依次经过第二，三，四，五反射镜，第二二倍扩束器，第二片焦距200mm柱面反射镜，然后也入射到所述二阶非线性晶体bbo中并与所述取样光重合，所述第三，四反射镜位于一个平移台上构成时间延迟线；调节所述入射光和所述取样光在时间空间上重合的时候，基于二阶和频效应在所述二阶非线性晶体bbo中会产生互相关信号光；所述的互相关信号光依次通过条形衰减片，4f成像透镜，截止频率700nm的光谱滤波片，最终入射到一台scmos相机，在相机上的图片显示如图2所示，采集的图片信息在竖直方向求和各个像素点的强度值，并去除背景噪声，就可以恢复出待测光的对比度信息，恢复出的结果如图3中虚线所示所示，为了验证测量结果的准确性，我们同时使用了商用的扫描式三阶互相关仪测量了待测光的对比度，如图3中实线所示，可见两组测量结果在一定的时间窗口内符合的很好，证明了我们的单发测量装置的准确性。

技术特征：

技术总结
一种对比度单发测量装置，包括楔形分束片、高对比度取样光产生结构、第一反射镜、第一扩束器、第一柱面聚焦元件、二阶非线性晶体、第二反射镜、置于平移台上的第三反射镜和第四反射镜、第五反射镜、第二扩束器、第二柱面聚焦元件、条形衰减片、成像透镜、光谱滤波片和sCMOS相机。本发明具有结构紧凑且经济实用，取样光是基于三阶非线性过程获得，对比度高更高，因而测量结果更准确；同时因为采用sCMOS作为互相关信号光的采集装置，测量的时间分辨率更高。

技术研发人员：刘军;王鹏;申雄;李儒新
受保护的技术使用者：中国科学院上海光学精密机械研究所
技术研发日：2019.01.07
技术公布日：2019.04.16