測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法及實(shí)現(xiàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種利用飛秒激光時間分辨光譜測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法及實(shí)現(xiàn)裝置，其基于對瞬態(tài)過程的時間分辨測量電信號在導(dǎo)線中的傳輸速度，具有數(shù)據(jù)采集速度快、工作效率高、測量誤差小的強(qiáng)大優(yōu)勢。具體的：利用時間分辨光譜的方法使得分辨率達(dá)到ps量級，接近其自身抖動，進(jìn)而大大減小測量本身的誤差；采用電信號和光脈沖信號的同步方法可以得到ps到us量級的時間延遲，數(shù)據(jù)采集速度快，大大提高了工作效率；基于時間分辨光譜的測量依賴瞬態(tài)光譜儀的超快曝光時間，其快門從開到關(guān)的過程最少可以達(dá)到2ns，再加上超精細(xì)的延遲調(diào)節(jié)功能，可使得測量精度達(dá)到幾十ps量級。
【專利說明】測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法及實(shí)現(xiàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于飛秒激光測速領(lǐng)域，尤其涉及一種利用飛秒激光時間分辨光譜測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，研宄電信號在金屬導(dǎo)線中的傳輸速度的測量方法如:泵浦探測方法。但是該方法只能用于小尺度的延遲系統(tǒng)，并且數(shù)據(jù)采集時間較慢。
[0003]而一般的測量電信號的方法由于電信號自身的不穩(wěn)定性，如電信號的抖動在ps量級，以及測量儀器的限制，具有誤差較大的嚴(yán)重缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種利用飛秒激光時間分辨光譜測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法及實(shí)現(xiàn)裝置，其基于對瞬態(tài)過程的時間分辨測量電信號在導(dǎo)線中的傳輸速度，具有數(shù)據(jù)采集速度快、工作效率高、測量誤差小的強(qiáng)大優(yōu)勢。
[0005]本發(fā)明的測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法，其包括以下步驟:
[0006]步驟1，對飛秒激光放大器輸出的電信號進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到所述電信號的脈沖處于上升沿的最陡峭一點(diǎn)時，將該點(diǎn)的電壓值作為瞬態(tài)光譜儀的觸發(fā)電平；
[0007]步驟2，調(diào)節(jié)所述電信號的脈沖延遲時間，直到檢測到飛秒激光脈沖，此時所述飛秒激光脈沖處于所述瞬態(tài)光譜儀的快門開啟時刻，檢測在快門延遲過程中從快門開啟時刻到快門關(guān)閉時刻的飛秒激光光譜信號，并記錄此時電信號的延遲量，將其作為計時零點(diǎn)tQ;
[0008]步驟3，增加傳輸所述電信號的金屬導(dǎo)線長度L，以步驟2的方法調(diào)節(jié)所述電信號的脈沖延遲時間，使得飛秒激光脈沖再次處于所述瞬態(tài)光譜儀的快門開啟時刻，記錄此時電信號的延遲量，計時t1;
[0009]步驟4，利用所述計時零點(diǎn)h和所述延遲量t i獲得增加的金屬導(dǎo)線中電信號的傳輸時間(&-、)，從而獲得增加的金屬導(dǎo)線中電信號的傳輸速度V1=LAt ^tci);
[0010]步驟5，重復(fù)步驟3并記錄每次快門延遲時間tn，利用步驟4的方法測得金屬導(dǎo)線中的電信號傳輸速度Vn= 17(H)，利用V，= (V…UVnVn (Π = 1,2,…)求平均值獲得電信號在金屬導(dǎo)線中的傳輸速度Ψ。
[0011]進(jìn)一步的，本發(fā)明的測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法還包括:
[0012]步驟6，改變步驟2中所述瞬態(tài)光譜儀的從快門開啟時刻到快門關(guān)閉時刻的快門門寬，利用步驟3至步驟5測量不同快門門寬下金屬導(dǎo)線中電信號的傳輸速度。
[0013]進(jìn)一步的，所述步驟2中每次調(diào)節(jié)所述脈沖延遲時間的延遲量為所述瞬態(tài)光譜儀的快門門寬。
[0014]進(jìn)一步的，所述瞬態(tài)光譜儀的快門門寬初始設(shè)置值為2ns。
[0015]進(jìn)一步的，所述步驟3中每次增加的金屬導(dǎo)線長度L為3米。
[0016]本發(fā)明還提供一種測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法的實(shí)現(xiàn)裝置，其包括:
[0017]飛秒激光放大器，反射面，第一球形透鏡，濾波片，第二球形透鏡，光纖，瞬態(tài)光譜儀，以及金屬導(dǎo)線；
[0018]所述飛秒激光放大器，被所述瞬態(tài)光譜儀探測到的飛秒激光脈沖；
[0019]所述反射面，用于將飛秒激光脈沖反射至所述第一球形透鏡；
[0020]所述第一球形透鏡，用于收集飛秒激光脈沖使其進(jìn)入所述濾波片；
[0021]所述濾波片，用于濾掉飛秒激光脈沖中的干擾光，只通過飛秒激光中心波長的光;
[0022]所述第二球形透鏡，用于將濾除干擾后的飛秒激光脈沖收集，使其進(jìn)入所述光纖；
[0023]所述光纖，用于把收集到的電信號傳輸?shù)剿鏊矐B(tài)光譜儀；
[0024]所述瞬態(tài)光譜儀，用于探測成像光脈沖信號；
[0025]所述金屬導(dǎo)線，用于將所述飛秒激光放大器的電信號傳輸?shù)剿鏊矐B(tài)光譜儀，觸發(fā)所述瞬態(tài)光譜儀工作。
[0026]進(jìn)一步的，將所述電信號接到示波器上，通過所述示波器檢測電信號的幅值、脈寬以及脈沖的穩(wěn)定性。
[0027]本發(fā)明的有益效果在于:
[0028]本發(fā)明利用時間分辨光譜的方法使得分辨率達(dá)到ps量級，接近其自身抖動，進(jìn)而大大減小測量本身的誤差。
[0029]本發(fā)明采用電信號和光脈沖信號的同步方法可以得到ps到us量級的時間延遲，數(shù)據(jù)采集速度快，大大提高了工作效率。
[0030]本發(fā)明基于時間分辨光譜的測量依賴瞬態(tài)光譜儀的超快曝光時間，其快門從開到關(guān)的過程最少可以達(dá)到2ns，再加上超精細(xì)的延遲調(diào)節(jié)功能，可使得測量精度達(dá)到幾十ps量級。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明的測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法的實(shí)現(xiàn)裝置示意圖。
[0032]圖2是本發(fā)明的測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法的飛秒激光時間分辨光譜示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033]圖1是本發(fā)明的測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法的實(shí)現(xiàn)裝置示意圖。本發(fā)明測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的裝置圖。如圖1所示，本裝置包括:飛秒激光放大器1，反射面2，第一球形透鏡3，濾波片4，第二球形透鏡5，光纖6，瞬態(tài)光譜儀7，金屬導(dǎo)線8。
[0034]飛秒激光放大器I，產(chǎn)生一個超短的可被瞬態(tài)光譜儀7探測到的飛秒激光脈沖；
[0035]反射面2，將飛秒激光脈沖反射至第一球形透鏡3 ;
[0036]第一球形透鏡3，用于收集飛秒激光脈沖，使其進(jìn)入濾波片4 ;
[0037]濾波片4，用于濾掉飛秒激光脈沖中其他成分的光的干擾，只通過800nm(飛秒激光中心波長)的光，避免其他成分的干擾；
[0038]第二球形透鏡5，用于將濾除干擾后的飛秒激光脈沖收集，使其進(jìn)入光纖6 ;
[0039]光纖6，用于把收集到的電信號傳輸?shù)剿矐B(tài)光譜儀7 ；
[0040]瞬態(tài)光譜儀7，用于探測成像光脈沖信號；
[0041]金屬導(dǎo)線8，用于將飛秒激光放大器I的電信號傳輸?shù)剿矐B(tài)光譜儀7，觸發(fā)瞬態(tài)光譜儀7工作。
[0042]最主要的是瞬態(tài)光譜儀ICCD，其最大特點(diǎn)就是超短的曝光時間。因?yàn)樗矐B(tài)光譜儀ICXD，本裝置最小曝光時間可以達(dá)到2ns。
[0043]飛秒激光放大器I的飛秒激光脈沖和飛秒激光電脈沖觸發(fā)信號是精確同步的，將該電脈沖信號用于觸發(fā)ICCD就可以實(shí)現(xiàn)飛秒激光的時間分辨光譜測量。
[0044]通過控制電脈沖信號的延遲，利用增加金屬導(dǎo)線長度的方法，使飛秒激光脈沖和電脈沖信號同步，這樣就可以得到增加的金屬導(dǎo)線引起的電脈沖信號的延遲時間，進(jìn)而測得電信號的速度。
[0045]本發(fā)明提供了一種測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法，包括:
[0046]步驟1，對與飛秒激光同步的電信號進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測到電信號的脈沖上升沿中最陡峭一點(diǎn)時，將該點(diǎn)的電壓值作為瞬態(tài)光譜儀ICCD的觸發(fā)電平。具體的實(shí)現(xiàn)方法是:
[0047]將飛秒激光同步的電信號接到示波器上，通過示波器檢測電信號的幅值、脈寬以及脈沖的穩(wěn)定性。
[0048]在電脈沖上升沿取最陡峭一點(diǎn)的電壓值作為瞬態(tài)光譜儀ICCD的觸發(fā)電平目的是:使得ICCD的觸發(fā)更加精準(zhǔn)，減小誤差。
[0049]步驟2，調(diào)節(jié)電信號的脈沖延遲時間，使得脈沖延遲時間的開始值和結(jié)束值的差值為ICCD快門門寬，每次調(diào)節(jié)電信號的延遲量為快門的門寬，此時快門的開啟時間滯后量正好為快門的門寬，不斷地以相同的量調(diào)節(jié)電信號的延遲，直到檢測到飛秒脈沖信號(即飛秒激光的脈沖處于ICCD快門開啟時刻)，此時認(rèn)為電信號和飛秒激光脈沖正好同步，并將ICXD快門的門寬設(shè)置到2ns (此為初始值)；
[0050]調(diào)節(jié)對電觸發(fā)脈沖的延遲時間的開始值和結(jié)束值，使得延遲的差值為ICCD快門門寬。
[0051]設(shè)置測量的光譜數(shù)，即在這個延遲差值范圍內(nèi)測量的光譜數(shù)，兩幅光譜之間的時間分辨為延遲的差值除以光譜數(shù)，此時，快門門寬為2ns，電觸發(fā)信號延遲差值為2ns。
[0052]微調(diào)電信號的延遲時間，使得激光脈沖處在快門開啟時刻，在快門的延遲過程中飛秒激光脈沖從快門開啟時刻，一直到快門關(guān)閉時刻，如圖2所示，為測得的飛秒激光光譜信號，記錄此時電信號的延遲量，作為計時零點(diǎn)tQ。
[0053]步驟3，增加傳輸所述電信號的金屬導(dǎo)線長度(增加長度為L)，同樣不斷調(diào)節(jié)(調(diào)節(jié)量為ICCD快門寬度，)電信號的脈沖延遲時間，使得飛秒激光的脈沖再次處于ICCD快門開啟的時刻，此時記錄電信號延遲量h，因此增加的導(dǎo)線中電信號的傳輸時間為t1-t。，就可以得到增加的金屬導(dǎo)線中電信號的傳輸時間和金屬導(dǎo)線中電信號傳輸速度V1= L/(tl_t0)；
[0054]改變金屬導(dǎo)線的長度，每次增加3米，然后調(diào)節(jié)電信號的脈沖延遲時間，使得飛秒激光的脈沖再次處于ICCD快門開啟的時刻，具體體現(xiàn)在測量的時間分辨光譜上形狀如圖2所示，并記錄每次快門延遲時間tn，最終測得金屬導(dǎo)線中的電信號傳輸速度Vn= 3/(W1),求平均值 V = (V1+…+Vn-JVn)/n (η = I, 2，…)。
[0055]步驟4，改變ICCD快門門寬，測量不同ICCD快門門寬下金屬導(dǎo)線中電信號的傳輸速度，通過多個傳輸速度求平均得到電信號在金屬導(dǎo)線中的最終傳輸速度。求平均值目的在于提高測量精度，通過多個門寬的測量值求平均得到最后結(jié)果。
[0056]惟以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，舉凡熟悉此項(xiàng)技藝的專業(yè)人士。在了解本發(fā)明的技術(shù)手段之后，自然能依據(jù)實(shí)際的需要，在本發(fā)明的教導(dǎo)下加以變化。因此凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的同等變化與修飾，都應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，對飛秒激光放大器輸出的電信號進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到所述電信號的脈沖處于上升沿的最陡峭一點(diǎn)時，將該點(diǎn)的電壓值作為瞬態(tài)光譜儀的觸發(fā)電平； 步驟2，調(diào)節(jié)所述電信號的脈沖延遲時間，直到檢測到飛秒激光脈沖，此時所述飛秒激光脈沖處于所述瞬態(tài)光譜儀的快門開啟時刻，檢測在快門延遲過程中從快門開啟時刻到快門關(guān)閉時刻的飛秒激光光譜信號，并記錄此時電信號的延遲量，將其作為計時零點(diǎn)tQ; 步驟3，增加傳輸所述電信號的金屬導(dǎo)線長度L，以步驟2的方法調(diào)節(jié)所述電信號的脈沖延遲時間，使得飛秒激光脈沖再次處于所述瞬態(tài)光譜儀的快門開啟時刻，記錄此時電信號的延遲量，計時t1; 步驟4，利用所述計時零點(diǎn)h和所述延遲量t i獲得增加的金屬導(dǎo)線中電信號的傳輸時間(&-、)，從而獲得增加的金屬導(dǎo)線中電信號的傳輸速度V1=LAt ^tci); 步驟5，重復(fù)步驟3并記錄每次快門延遲時間tn，利用步驟4的方法測得金屬導(dǎo)線中的電信號傳輸速度Vn= 17(H)，利用V’ = (V1+…+Vn-1+Vj/nfc = 1,2,…)求平均值獲得電信號在金屬導(dǎo)線中的傳輸速度Ψ。
2.如權(quán)利要求1所述的測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法，其特征在于，還包括: 步驟6，改變步驟2中所述瞬態(tài)光譜儀的從快門開啟時刻到快門關(guān)閉時刻的快門門寬，利用步驟3至步驟5測量不同快門門寬下金屬導(dǎo)線中電信號的傳輸速度。
3.如權(quán)利要求1所述的測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法，其特征在于，所述步驟2中每次調(diào)節(jié)所述脈沖延遲時間的延遲量為所述瞬態(tài)光譜儀的快門門寬。
4.如權(quán)利要求1所述的測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法，其特征在于，所述瞬態(tài)光譜儀的快門門寬初始設(shè)置值為2ns。
5.如權(quán)利要求1所述的測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法，其特征在于，所述步驟3中每次增加的金屬導(dǎo)線長度L為3米。
6.一種測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，包括: 飛秒激光放大器，反射面，第一球形透鏡，濾波片，第二球形透鏡，光纖，瞬態(tài)光譜儀，以及金屬導(dǎo)線； 所述飛秒激光放大器，被所述瞬態(tài)光譜儀探測到的飛秒激光脈沖； 所述反射面，用于將飛秒激光脈沖反射至所述第一球形透鏡； 所述第一球形透鏡，用于收集飛秒激光脈沖使其進(jìn)入所述濾波片； 所述濾波片，用于濾掉飛秒激光脈沖中的干擾光，只通過飛秒激光中心波長的光； 所述第二球形透鏡，用于將濾除干擾后的飛秒激光脈沖收集，使其進(jìn)入所述光纖； 所述光纖，用于把收集到的電信號傳輸?shù)剿鏊矐B(tài)光譜儀； 所述瞬態(tài)光譜儀，用于探測成像光脈沖信號； 所述金屬導(dǎo)線，用于將所述飛秒激光放大器的電信號傳輸?shù)剿鏊矐B(tài)光譜儀，觸發(fā)所述瞬態(tài)光譜儀工作。
7.如權(quán)利要求6所述的測量電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸速度的方法的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，將所述電信號接到示波器上，通過所述示波器檢測電信號的幅值、脈寬以及脈沖的穩(wěn)定性。
【文檔編號】G01R31/00GK104459369SQ201410559033
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】劉世炳, 李輝, 宋海英 申請人:北京工業(yè)大學(xué)