[发明专利]一种自相关仪光学系统和激光脉冲脉宽测量装置

权利要求书

1.一种自相关仪光学系统，其特征在于，包括：光程差生成模块、自相关信号生成模块和自相关信号接收模块；

所述光程差生成模块包括光程调节片和菲涅尔双棱镜，所述光程调节片与菲涅尔双棱镜沿待测激光的入射方向依次固定放置；用于将所述待测激光分成两束以非共线夹角交叉、且具有不同延迟的脉冲激光；

所述自相关信号生成模块包括倍频晶体和滤波片，所述倍频晶体和滤波片沿所述待测激光的入射方向依次固定放置于所述菲涅尔双棱镜后方，用于对具有不同延迟的两束所述脉冲激光进行倍频转换，产生自相关信号，并进行滤波；

所述自相关信号接收模块包括CCD模块，所述CCD模块用于接收所述自相关信号的强度信号并转化为自相关函数图像进行输出；所述自相关函数图像，用于通过图像分析计算得到所述待测激光脉冲的脉宽。

2.根据权利要求1所述的自相关仪光学系统，其特征在于，所述光程调节片偏离所述待测激光的光束的中心轴放置，使待测激光的一半光束经过所述光程调节片后入射到所述菲涅尔双棱镜的一侧直角三棱镜，另一半光束直接入射到另一侧直角三棱镜。

3.根据权利要求2所述的自相关仪光学系统，其特征在于，所述待测激光的光束垂直于所述菲涅尔双棱镜的底面入射，所述菲涅尔双棱镜的底角与非共线夹角的关系为：

其中，β为菲涅尔双棱镜的底角，为非共线夹角，n₁为菲涅尔双棱镜的折射率；

所述非共线夹角采取小角度近似原则，取值为2°～5°。

4.根据权利要求2所述的自相关仪光学系统，其特征在于，所述光程调节片的厚度l满足：

其中，d_beam为待测激光的光束半径，为非共线夹角，c为光速，τ_p1为待测激光的激光发射器标定的脉冲宽度，n₂为光程调节片的折射率。

5.根据权利要求1所述的自相关仪光学系统，其特征在于，所述倍频晶体固定放置于经过所述菲涅尔双棱镜后的所述两束脉冲激光的交叉位置。

6.根据权利要求5所述的自相关仪光学系统，其特征在于，所述倍频晶体的中心位置距菲涅尔双棱镜顶角的距离为：

其中：d_beam为待测激光光束半径，β为菲涅尔双棱镜的底角，n₁为菲涅尔双棱镜的折射率。

7.根据权利要求1或6所述的自相关仪光学系统，其特征在于，所述倍频晶体的厚度d满足：

其中，为非共线夹角，c为光速，n为倍频晶体折射率，τ_p1为待测激光的激光发射器标定的脉冲宽度，n₂为光程调节片的折射率，l为光程调节片的厚度。

8.根据权利要求1、6或7所述的自相关仪光学系统，其特征在于，所述倍频晶体的孔径大小D_crys满足：

其中，d为倍频晶体的厚度，为非共线夹角，n为倍频晶体折射率，d_beam为待测激光的光束半径。

9.根据权利要求1所述的自相关仪光学系统，其特征在于，还包括衰减片，所述衰减片沿所述激光入射方向固定设置于滤波片后方，用于对所述自相关信号的强度进行衰减。

10.一种激光脉冲脉宽测量装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的自相关仪，还包括处理终端，所述处理终端安装有图像处理程序，并通过串口与自相关仪光学系统的CCD模块通信连接；

所述图像处理程序在被执行时，用于实现下述方法：

根据所述自相关函数图像得到所述自相关函数图像的半高全宽；

基于所述半高全宽，利用下式计算得到所述待测激光的脉冲宽度：

其中，τ_p为待测激光的脉冲宽度，Δd为自相关函数图像的半高全宽，Δx为CCD模块接收到的自相关信号峰值强度移动距离，n₁为菲涅尔双棱镜的折射率，n₂为光程调节片的折射率，l为光程调节片的厚度，c为光速，γ为待测激光脉冲的波形系数。