時(shí)空分辨的遠(yuǎn)場脈沖信噪比測量方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種時(shí)空分辨的遠(yuǎn)場脈沖信噪比測量方法及裝置，該裝置包括平凸柱透鏡、相關(guān)晶體、平凸圓透鏡和信號(hào)接收系統(tǒng)，該信號(hào)接收系統(tǒng)依次包括光纖陣列、光電倍增管和數(shù)字示波器，該方法為：聚焦系統(tǒng)將待測光一維(x維度)聚焦至非線性晶體前表面；遠(yuǎn)場待測光束與取樣光束在非線性晶體的兩個(gè)橫向空間維度(x-y)分別進(jìn)行空間域和時(shí)間域的互相關(guān)作用；時(shí)空互相關(guān)產(chǎn)生沿空間分布的二維相關(guān)信號(hào)；成像系統(tǒng)將相關(guān)信號(hào)兩維成像至接收系統(tǒng)探測面；信號(hào)接收系統(tǒng)高動(dòng)態(tài)地測量相關(guān)信號(hào)x和y維度的強(qiáng)度分布。本發(fā)明可以測量具有時(shí)空耦合特性的噪聲并能夠甄別噪聲的具體來源，適用于測量和研究高峰值功率激光的遠(yuǎn)場脈沖信噪比。
【專利說明】時(shí)空分辨的遠(yuǎn)場脈沖信噪比測量方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種時(shí)空分辨的遠(yuǎn)場脈沖信噪比的測量方法和裝 置以及時(shí)空噪聲來源的在線甄別方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖信噪比（或?qū)Ρ榷龋┦浅叻逯倒β始す獾囊粋€(gè)重要技術(shù)參數(shù)，定義為脈沖 峰值強(qiáng)度與其本底噪聲強(qiáng)度的比值。如果激光脈沖的信噪比不高，那么強(qiáng)的光噪聲會(huì)干擾 主脈沖與物理靶的相互作用。因此控制和測量脈沖信噪比有利于順利實(shí)施激光-物質(zhì)相互 作用實(shí)驗(yàn)。
[0003] 脈沖信噪比的測量主要依賴光學(xué)互相關(guān)技術(shù)，它要求有一束比待測光信噪比更高 的取樣光，與待測光在非線性晶體中發(fā)生互相關(guān)作用，通過探測產(chǎn)生的相關(guān)信號(hào)強(qiáng)度與兩 作用光之間時(shí)間延時(shí)的變化關(guān)系，得到待測脈沖的信噪比。掃描式三階互相關(guān)器已經(jīng)商品 化（Sequoia, Amplitude Technologies, France)，它采用倍頻裝置產(chǎn)生取樣脈沖，然后與待 測脈沖在晶體中進(jìn)行和頻作用，產(chǎn)生三倍頻信號(hào)，被光電倍增管接收。為了測量低重復(fù)率的 脈沖信噪比，單次互相關(guān)器也被開發(fā)出來，主要采用待測光與取樣光的非共線作用將待測 光的時(shí)間強(qiáng)度信息轉(zhuǎn)換成相關(guān)信號(hào)的空間強(qiáng)度信息。
[0004] 現(xiàn)有的掃描或單次的互相關(guān)技術(shù)都僅作用在時(shí)域，并且絕大多數(shù)發(fā)生在光束的近 場。然而目前物理實(shí)驗(yàn)均是在光束焦點(diǎn)處（即遠(yuǎn)場）進(jìn)行。最新的研究表明某些激光噪聲 在光束遠(yuǎn)場會(huì)出現(xiàn)時(shí)空耦合的特性，使得遠(yuǎn)場脈沖信噪比本質(zhì)上是空間依賴的，這要求脈 沖信噪比的測量必須同時(shí)在時(shí)間域和空間域進(jìn)行，而且要在光束遠(yuǎn)場進(jìn)行測量?，F(xiàn)有的時(shí) 域互相關(guān)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)這種測量能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對上述需求，提出一種時(shí)空分辨的遠(yuǎn)場脈沖信噪比測量方法和裝置。具 體途徑是將互相關(guān)從時(shí)域擴(kuò)展到時(shí)空域，形成時(shí)空互相關(guān)器。利用時(shí)空互相關(guān)器，既可以在 時(shí)空域進(jìn)行兩維測量，同時(shí)可以診斷時(shí)空噪聲的具體來源。本發(fā)明可以指導(dǎo)高信噪比高強(qiáng) 度激光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為直接在強(qiáng)場物理實(shí)驗(yàn)靶所在位置研究信噪比鋪平了道路。
[0006] 本發(fā)明方法原理如下：
[0007] 聚焦系統(tǒng)將待測光一維（X維度）聚焦至非線性晶體前表面；遠(yuǎn)場待測光束與取樣 光束在非線性晶體的兩個(gè)橫向空間維度（x-y)分別進(jìn)行空間域和時(shí)間域的互相關(guān)作用；時(shí) 空互相關(guān)過程產(chǎn)生兩維分布的相關(guān)信號(hào)，其在X和y維度的強(qiáng)度分布分別對應(yīng)待測脈沖空 間域和時(shí)間域的信噪比信息；成像系統(tǒng)將相關(guān)信號(hào)二維成像至接收系統(tǒng)探測面；信號(hào)接收 系統(tǒng)高動(dòng)態(tài)地測量相關(guān)信號(hào)X和y維度的強(qiáng)度分布，即得到待測脈沖的遠(yuǎn)場信噪比。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0009] -種時(shí)空分辨的遠(yuǎn)場脈沖信噪比測量方法，其特點(diǎn)在于包含以下步驟：
[0010] 1)在空間X維度聚焦待測光，使其焦點(diǎn)落在相關(guān)晶體的前表面；
[0011] 2)遠(yuǎn)場待測光束與取樣光束在非線性晶體的兩個(gè)橫向空間維度（X-y)分別進(jìn)行 空間域和時(shí)間域的互相關(guān)作用，產(chǎn)生兩維空間分布的相關(guān)信號(hào)；
[0012] 3)將所述的二維相關(guān)信號(hào)成像至接收系統(tǒng)的探測面；
[0013] 4)所述的接收系統(tǒng)高靈敏探測二維相關(guān)信號(hào)，給出待測脈沖信噪比的時(shí)空分布。
[0014] 聚焦發(fā)生的X維度是光噪聲具有時(shí)空耦合特性的維度；如果噪聲在兩個(gè)維度均有 時(shí)空耦合特性，則X維度指的是其中一個(gè)維度，此時(shí)要測量噪聲沿y維度的遠(yuǎn)場分布，需要 在y維度進(jìn)行聚焦。
[0015] 所述的取樣光束光斑在相關(guān)晶體表面的光斑是大光斑，或是聚焦光斑，聚焦方向 與待測光束聚焦方向相同。
[0016] 所述的待測光束與所述的取樣光束在y維度進(jìn)行非共線互相關(guān)作用，實(shí)現(xiàn)單次時(shí) 間測量；在X維度進(jìn)行空域互相關(guān)作用，根據(jù)取樣光束是大光斑還是聚焦光斑，可工作在空 域單次或掃描模式。
[0017] 所述的探測系統(tǒng)具備較高的兩維空間分辨能力，并且具有高的探測靈敏度。
[0018] 實(shí)施上述測量方法的遠(yuǎn)場脈沖信噪比單次測量裝置，其構(gòu)成包含：平凸柱透鏡、相 關(guān)晶體、平凸圓透鏡和信號(hào)接收系統(tǒng)，該信號(hào)接收系統(tǒng)依次包括光纖陣列、光電倍增管和數(shù) 字示波器，所述的光纖陣列由依次的N根光纖通道、每一根光纖通道所加的衰減器和光纖 集束端構(gòu)成，所述的光纖通道從光纖陣列的一端到光纖集束端的長度依次增大，遞增間隔 為L米，所述的相關(guān)晶體位于所述的平凸柱透鏡的焦平面和所述的平凸圓透鏡的物平面， 所述的光纖陣列位于所述的平凸圓透鏡的像平面，所述的N根光纖陣列的線陣列與所述的 平凸柱透鏡的焦線平行，所述的光電倍增管的輸出端與所述的數(shù)字示波器的輸入端相連。
[0019] 所述的光纖為通信光纖或紫外光纖，所述的光纖陣列固定于可在X維度平移的機(jī) 構(gòu)上，所述的光纖通道依次的遞增間隔L為1-2米，所述的N的選取范圍為50-200。
[0020] 所述的光纖陣列將接收到的y維度的相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間串行的脈沖序列，依次 被光電倍增管接收。
[0021] 使用上述裝置的時(shí)空噪聲來源的在線甄別方法，其特點(diǎn)在于光纖陣列處于某個(gè)空 間位置，監(jiān)視示波器顯示圖像，利用一張鏡頭紙干擾某個(gè)光學(xué)表面上的光束，此時(shí)示波器上 顯著增強(qiáng)的那個(gè)信號(hào)峰即是該光學(xué)表面不理想引起的。
[0022] 由于該裝置在時(shí)間域是單次測量，所以在某個(gè)空間X位置，示波器上會(huì)同時(shí)顯示 一組數(shù)據(jù)，這使得該裝置可在線甄別時(shí)空噪聲的來源。時(shí)空噪聲一般來源于激光放大系統(tǒng) 所用脈沖展寬器和壓縮器中不理想的光學(xué)件表面。一般來說，不同的光學(xué)元件產(chǎn)生的時(shí)空 噪聲的斜率不同，因此會(huì)出現(xiàn)在示波器的不同時(shí)刻位置。甄別時(shí)，將光纖陣列固定在某個(gè)X 位置，監(jiān)視示波器，一般在示波器上會(huì)看到幾個(gè)信號(hào)峰；使用一張鏡頭紙，干擾某個(gè)光學(xué)表 面上的光束（相當(dāng)于增強(qiáng)該光學(xué)件表面的不理想），此時(shí)在示波器上會(huì)觀察到某個(gè)信號(hào)峰 突然增強(qiáng)，這樣可以判定增強(qiáng)的這個(gè)噪聲峰即是來源于該光學(xué)表面。
[0023] 本發(fā)明可以測量具有時(shí)空耦合特性的噪聲并能夠甄別噪聲的具體來源，適用于測 量和研究高峰值功率激光的遠(yuǎn)場脈沖信噪比。本發(fā)明將在高對比度激光系統(tǒng)的建設(shè)和優(yōu)化 過程中發(fā)揮不可替代的優(yōu)勢。除此以外，本發(fā)明還有望應(yīng)用于光學(xué)亞表面損傷探測、超快非 線性光學(xué)和時(shí)空分辨的光譜學(xué)等領(lǐng)域。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明時(shí)空分辨的遠(yuǎn)場脈沖信噪比測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖2為一種實(shí)施例的光路框圖。
[0026] 圖3為實(shí)施例所用的脈沖展寬器結(jié)構(gòu)圖。
[0027] 圖4為實(shí)施例所用的脈沖壓縮器結(jié)構(gòu)圖
[0028] 圖5為實(shí)施例的測量結(jié)果圖。
[0029] 圖6為實(shí)施例噪聲來源的甄別結(jié)果圖。
[0030] 圖中標(biāo)號(hào)：1為待測光，2為取樣光，3為平凸柱透鏡，4為非線性晶體，5為晶體表 面的取樣光斑，6為晶體表面的待測光斑，7為相關(guān)信號(hào)，8為平凸圓透鏡，9為光纖陣列，10 為光纖通道，11為衰減器，12為光纖集束，13為光電倍增管，14為數(shù)字示波器,15為鈦寶石 再生放大器，16為光參量放大裝置，17為交叉極化波產(chǎn)生裝置，18為脈沖展寬器（詳見圖 3)，19為脈沖壓縮器（詳見圖4)，20為時(shí)空分辨的遠(yuǎn)場脈沖信噪比測量裝置（詳見圖1)，21 為展寬器光柵，22為凹面鏡，23為凸面鏡，24為展寬器堅(jiān)直屋脊鏡，25?28分別為第1? 4次通過凹面鏡的光束，29為壓縮器光柵，30為水平屋脊鏡，31為壓縮器堅(jiān)直屋脊鏡。

【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0032] 圖1是本發(fā)明時(shí)空分辨的遠(yuǎn)場脈沖信噪比測量裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可 見，本發(fā)明遠(yuǎn)場脈沖信噪比單次測量裝置，其特征在于構(gòu)成包含：平凸柱透鏡3、相關(guān)晶體 4、平凸圓透鏡8和信號(hào)接收系統(tǒng)，該信號(hào)接收系統(tǒng)依次包括光纖陣列9、光電倍增管13和數(shù) 字示波器14,所述的光纖陣列由依次的N根光纖通道10、每一根光纖通道所加的衰減器11 和光纖集束端12構(gòu)成，所述的光纖通道從光纖陣列9的一端到光纖集束端12的長度依次 增大，遞增間隔為L米，所述的相關(guān)晶體4位于所述的平凸柱透鏡3的焦平面和所述的平凸 圓透鏡8的物平面，所述的光纖陣列9位于所述的平凸圓透鏡8的像平面，所述的N根光纖 陣列9的線陣列與所述的平凸柱透鏡3的焦線平行，所述的光電倍增管13的輸出端與所述 的數(shù)字示波器14的輸入端相連。
[0033] 本實(shí)施例的光源產(chǎn)生的激光分為兩部分，一部分經(jīng)過非線性濾波后作為取樣光2， 另一部分經(jīng)過一個(gè)焦距為F的平凸柱透鏡3在X空間維度聚焦，其焦線6落在非線性晶體4 的表面，這樣可以模擬實(shí)驗(yàn)的靶點(diǎn)位置（即光束遠(yuǎn)場位置）。F可以靈活選取，一般在20cm 至IJ 100cm之間。非線性晶體可以選取常見的ΒΒ0晶體或鈮酸鋰晶體。待測光的焦線6與取 樣光斑5在晶體4中發(fā)生和頻相關(guān)作用。兩光束在y空間維度有一定的非共線角，目的是實(shí) 現(xiàn)時(shí)間域單次測量。非共線角的大小決定了單次時(shí)間窗口的大小，比如使用ΒΒ0晶體的情 況下，如果晶體內(nèi)的非共線角為38. 8 °，那么1 cm的晶體寬度對應(yīng)的單次時(shí)間窗口為36ps。 一般而言，單次時(shí)間窗口在40-100pS之間；在X維度，取樣光分別與待測光束遠(yuǎn)場不同空間 位置的信號(hào)作用，實(shí)現(xiàn)空間域互相關(guān)。在取樣光斑比較大的情況下，空間域互相關(guān)工作在單 次模式，取樣光斑的口徑D決定了單次空間角窗口為D/F ;而取樣光也在X維度聚焦的情況 下，空間域互相關(guān)工作在掃描模式：取樣光焦線要在X維度平移，以探測不同位置的待測脈 沖，其可掃描的范圍S決定了空間角范圍為S/F。聚焦系統(tǒng)和時(shí)空互相關(guān)系統(tǒng)使得該裝置可 以工作在光束遠(yuǎn)場，并且具備了時(shí)空分辨的能力，從而彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0034] 時(shí)空互相關(guān)產(chǎn)生和頻相關(guān)信號(hào)7,它的x、y維度的強(qiáng)度分布分別表示待測光空間 角域θ χ、時(shí)間域τ的信噪比信息。因此需要將相關(guān)信號(hào)進(jìn)行精確二維成像。本裝置采用 包括一塊平凸透鏡8的單透鏡成像系統(tǒng)，成像比例為1:1。根據(jù)實(shí)際情況，可靈活選用成像 系統(tǒng)和成像比例。
[0035] 探測系統(tǒng)需要具備兩維空間分辨能力，以探測二維空間分布的相關(guān)信號(hào)。本裝置 采用的探測系統(tǒng)包括沿y維排列的光纖陣列9、光纖通道10、衰減器11、光纖集束12、光電 倍增管13和數(shù)字示波器14。光纖陣列位于成像系統(tǒng)的像面，接收相關(guān)信號(hào)。光纖通道數(shù)為 N，根據(jù)信號(hào)波長，可選取通信光纖或紫外光纖。光纖陣列可在X維度平移，以探測不同空間 X位置的相關(guān)信號(hào)。在某個(gè)X空間位置，光纖陣列接收y維度的相關(guān)信號(hào)，并將其取樣N個(gè) 點(diǎn)。光纖通道從光纖陣列的一端到另一端的長度依次增大，遞增間隔為L米。經(jīng)過光纖通 道傳輸后，在光纖集束出射的信號(hào)變成時(shí)間串行信號(hào)，時(shí)間間隔為Ln/c，其中η為光纖的折 射率，c為真空中光速。串行信號(hào)被光電倍增管接收，L的選取要保證串行信號(hào)的時(shí)間間隔 大于光電倍增管的響應(yīng)時(shí)間，一般在l-2m。Ν的選取關(guān)系到空間分辨率，一般在50-200。為 了保證各光纖通道的信號(hào)不超過光電倍增管的測量上限，需要在信號(hào)強(qiáng)的光纖通道上加入 一定量的光纖衰減器。使用數(shù)字示波器分析光電倍增管的輸出信號(hào)。在一個(gè)X空間位置， 可得到一組示波器數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為N ;記錄Μ個(gè)X位置的示波器數(shù)據(jù)，可得到ΝX Μ個(gè)數(shù)據(jù)。 通過分析這ΝΧΜ個(gè)數(shù)據(jù)，結(jié)合測量時(shí)相應(yīng)光纖通道的衰減值，可得到待測脈沖的時(shí)空信噪 比信息。
[0036] 本實(shí)施例待測脈沖1經(jīng)過平凸柱透鏡3 (焦距為50cm) -維聚焦后，其焦斑6 【100-μ m(x) X 15-mm(y)】落在非線性晶體4的表面上。取樣光束2落在晶體4表面為一 大光斑5【4-臟〇〇父15-臟(7)】。非線性晶體采用880晶體，切割角度78°，厚度為3·!。 待測焦斑6與取樣光斑5在y方向非共線作用，將待測脈沖時(shí)間域的強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)換到相關(guān) 信號(hào)空間y方向的強(qiáng)度分布，晶體內(nèi)非共線角為38. 8°，產(chǎn)生單次時(shí)間窗口約36ps/cm ;同 時(shí)兩者在X方向發(fā)生空域互相關(guān)作用，將待測脈沖遠(yuǎn)場空間角的強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)換到相關(guān)信號(hào) 空間X方向的強(qiáng)度分布。時(shí)空互相關(guān)作用產(chǎn)生的二維相關(guān)信號(hào)7被一平凸透鏡8 (焦距為 20cm) 1:1成像至光纖陣列9的端面。光纖陣列9包括100根紫外光纖通道10 (Ceram Optec， 纖芯為105 μ m)，長度從3m依次增大到102m，相鄰光纖長度間隔為lm。光纖陣列9裝卡在 一個(gè)堅(jiān)直平移臺(tái)上，即在X方向平移的平移臺(tái)。光纖通道10上加有衰減器11，根據(jù)每個(gè)通 道內(nèi)信號(hào)的大小可調(diào)節(jié)衰減值。光纖集束12輸出的信號(hào)為時(shí)間上串行的脈沖序列，被光 電倍增管13接收（H6780-04, Hamamatsu)。光電倍增管13輸出的信號(hào)輸入到數(shù)字示波器 14中進(jìn)行分析。對于以上設(shè)計(jì)參數(shù)，該裝置的空間分辨率和時(shí)間分辨率分別為0. 2mrad和 0· 5ps〇
[0037] 下面列舉一個(gè)實(shí)施例，利用圖1所示裝置測量一個(gè)實(shí)際展寬-壓縮器系統(tǒng)產(chǎn)生的 時(shí)空噪聲，光路圖見圖2。光源為鈦寶石再生放大器15,輸出激光中心波長為800nm，能量 為3mJ，重復(fù)頻率為1kHz。其中l(wèi)mj的能量泵浦一個(gè)光參量放大裝置16【詳見Scientific R印orts，Vol. 4, ρρ· 3818 (2014)】產(chǎn)生約200 μ J的取樣光2,剩余的2mJ首先經(jīng)過一個(gè)交叉 極化波產(chǎn)生裝置17【詳見Scientific Reports, Vol. 4, ρρ· 3818 (2014)】濾除激光中攜帶的 噪聲，然后依次經(jīng)過脈沖展寬器18和脈沖壓縮器19后作為待測光1。其中脈沖展寬器18 為--Τηα·型展寬器，結(jié)構(gòu)見圖3,它包括一塊光柵21 (1480線/mm)、一塊凹面鏡22 (曲率半徑 為2m)、一塊凸面鏡23 (曲率半徑為lm)和一堅(jiān)直屋脊鏡24。落在凹面鏡22上總共有四條 光束25?28,分別是第1?4次通過凹面鏡的光束。脈沖壓縮器19包括一塊光柵29 (1480 線/_)、水平屋脊鏡30和堅(jiān)直屋脊鏡31。展寬器和壓縮器中所用鏡面均為鍍金表面，根據(jù) 理論研究結(jié)果【J. Opt. Am. B，Vol. 29, ρρ· 1125-1135 (2012)】，這些光學(xué)件表面的不理想（不 是絕對光滑）會(huì)在壓縮脈沖的遠(yuǎn)場引發(fā)時(shí)空噪聲。
[0038] 下面是一個(gè)應(yīng)用實(shí)施例：
[0039] 我們利用本發(fā)明時(shí)空分辨的遠(yuǎn)場脈沖信噪比測量裝置來測量由展寬器18和壓縮 器19引發(fā)的時(shí)空噪聲。利用本發(fā)明裝置測量的遠(yuǎn)場脈沖信噪比見圖5。測量除了遠(yuǎn)場軸上 (θ x = 0)進(jìn)行測量外，還在其余四個(gè)空間位置（θ χ = ±1，±2mrad)進(jìn)行測量。根據(jù)噪聲 的時(shí)空斜率的不同，可將時(shí)空噪聲分成5組，編號(hào)從①?⑤。根據(jù)噪聲時(shí)空斜率α與光學(xué) 件所在位置脈沖空間-光譜耦合系數(shù)S的關(guān)系a =kS，可確定每一組噪聲的來源。通過 計(jì)算展寬器18和壓縮器19中所有光學(xué)件對應(yīng)的δ，確定了①?⑤號(hào)噪聲的來源，分別為： ①來源于凹面鏡22上的光束26和27,②來源于光柵21和屋脊鏡24,③來源于水平屋脊鏡 30,④來源于光柵29和堅(jiān)直屋脊鏡31，⑤來源于凹面鏡22上的光束25和28。
[0040] 下面介紹利用該裝置進(jìn)行在線噪聲來源甄別的方法。如圖6所示，我們將光纖陣 列固定在Θ x = 2mrad，可在示波器（圖6a, d)上看到五個(gè)信號(hào)峰（①?⑤），分別對應(yīng)圖6 中0x = 2mrad時(shí)測量結(jié)果的五個(gè)噪聲峰。我們監(jiān)視示波器顯示，利用一張鏡頭紙干擾光 束25,發(fā)現(xiàn)示波器上最右邊一個(gè)信號(hào)峰突然增強(qiáng)（圖6b)，數(shù)據(jù)處理顯示該峰增強(qiáng)了約1個(gè) 數(shù)量級(jí)（圖6c)，這說明該信號(hào)峰即是來源于光束25所在的光學(xué)表面。同理，利用鏡頭紙干 擾光束26,發(fā)現(xiàn)示波器上最左邊一個(gè)信號(hào)峰突然增強(qiáng)（圖6e)，數(shù)據(jù)處理顯示該峰增強(qiáng)了 1 個(gè)多數(shù)量級(jí)（圖6f)，這說明該信號(hào)峰即是來源于光束26所在的光學(xué)表面。利用這種方法 可方便地檢測展寬器和壓縮器中所有的光學(xué)表面，省時(shí)省力。
【權(quán)利要求】
1. 一種時(shí)空分辨的遠(yuǎn)場脈沖信噪比測量方法，其特征在于包含以下步驟： 1) 在空間X維度聚焦待測光，使其焦點(diǎn)落在相關(guān)晶體的前表面； 2) 遠(yuǎn)場待測光束與取樣光束在非線性晶體的兩個(gè)橫向空間維度（χ-y)分別進(jìn)行空間 域和時(shí)間域的互相關(guān)作用，產(chǎn)生兩維空間分布的相關(guān)信號(hào)； 3) 將所述的二維相關(guān)信號(hào)成像至接收系統(tǒng)的探測面； 4) 所述的接收系統(tǒng)高靈敏探測二維相關(guān)信號(hào)，給出待測脈沖信噪比的時(shí)空分布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于聚焦發(fā)生的X維度是光噪聲具有時(shí)空耦合 特性的維度；如果噪聲在兩個(gè)維度均有時(shí)空耦合特性，則X維度指的是其中一個(gè)維度，此時(shí) 要測量噪聲沿y維度的遠(yuǎn)場分布，需要在y維度進(jìn)行聚焦。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的取樣光束光斑在相關(guān)晶體表面的光 斑是大光斑，或是聚焦光斑，聚焦方向與待測光束聚焦方向相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的待測光束與所述的取樣光束在y維 度進(jìn)行非共線互相關(guān)作用，實(shí)現(xiàn)單次時(shí)間測量；在X維度進(jìn)行空域互相關(guān)作用，根據(jù)取樣光 束是大光斑還是聚焦光斑，可工作在空域單次或掃描模式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述的探測系統(tǒng)具備較高的兩維空間分辨能 力，并且具有高的探測靈敏度。
6. -種實(shí)施權(quán)利要求1所述測量方法的遠(yuǎn)場脈沖信噪比單次測量裝置，其特征在于構(gòu) 成包含：平凸柱透鏡（3)、相關(guān)晶體（4)、平凸圓透鏡（8)和信號(hào)接收系統(tǒng)，該信號(hào)接收系統(tǒng) 依次包括光纖陣列（9)、光電倍增管（13)和數(shù)字示波器（14)，所述的光纖陣列（9)由依次 的N根光纖通道（10)、每一根光纖通道的衰減器（11)和光纖集束端（12)構(gòu)成，所述的光纖 通道從光纖陣列（9)的一端到光纖集束端（12)的長度依次增大，遞增間隔為L米，所述的 相關(guān)晶體（4)位于所述的平凸柱透鏡（3)的焦平面和所述的平凸圓透鏡（8)的物平面，所 述的光纖陣列（9)位于所述的平凸圓透鏡（8)的像平面，所述的N根光纖陣列（9)的線陣 列與所述的平凸柱透鏡（3)的焦線平行，所述的光電倍增管（13)的輸出端與所述的數(shù)字示 波器（14)的輸入端相連。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的遠(yuǎn)場脈沖信噪比單次測量裝置，其特征在于所述的光纖為通 信光纖或紫外光纖，所述的光纖陣列固定于可在X維度平移的機(jī)構(gòu)上，所述的光纖通道依 次的遞增間隔L為1-2米，所述的N的選取范圍為50-200。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的遠(yuǎn)場脈沖信噪比單次測量裝置，其特征在于所述的光纖陣列 將接收到的y維度的相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間串行的脈沖序列，依次被光電倍增管接收。
9. 一種使用權(quán)利要求6所述裝置的時(shí)空噪聲來源的在線甄別方法，其特征在于光纖陣 列處于某個(gè)空間位置，監(jiān)視示波器顯示圖像，利用一張鏡頭紙干擾某個(gè)光學(xué)表面上的光束， 此時(shí)示波器上顯著增強(qiáng)的那個(gè)信號(hào)峰即是該光學(xué)表面不理想引起的。
【文檔編號(hào)】G01J11/00GK104089710SQ201410369996
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】錢列加, 馬金貴, 袁鵬, 王靜, 王永志, 謝國強(qiáng), 范滇元 申請人:上海交通大學(xué)