1.一种飞焦级脉冲激光能量测量装置,其特征在于,包括:光电探测模块、增益自调节放大模块、程控积分模块、信号调理模块、数据采集测量模块、脉冲参数监测模块、综合控制模块以及供电模块;所述光电探测模块顺次连接增益自调节放大模块、程控积分模块、信号调理模块、数据采集测量模块以及综合控制模块;脉冲参数监测模块分别与增益自调节放大模块和程控积分模块连接;综合控制模块分别与增益自调节放大模块、信号调理模块、数据采集测量模块、脉冲参数监测模块连接,供电模块分别连接光电探测模块和综合控制模块;所述光电探测模块选用APD光电探测器实现光电转换,在能量范围为10fJ~1pJ的不同波形脉冲激光激励下,其输出响应信号最大峰值电压小于1.1V;所述光电探测模块包括APD光电探测器、运算放大器,采用跨阻放大原理,将激励光信号转换为响应电压信号;所述增益自调节放大模块用于接收光电探测模块输出响应电信号,动态调整增益值,保证输出信号峰值电压范围为500mV~2V,输出至程控积分模块,所述脉冲参数监测模块用于接收增益自调节放大模块输出脉冲信号,测量、计算脉冲信号的脉冲宽度和重复周期这些脉冲特性参数,并根据所述脉冲特性参数动态调整程控积分模块的积分时间常数、积分周期和积分起止时刻,实现积分参数的自适应动态调整,抑制噪声干扰信号低频分量的积累放大效应;所述信号调理模块用于调整程控积分模块输出信号的幅值,保证其幅值满足数据采集测量模块的输入信号幅值要求;所述数据采集测量模块用于测量信号调理模块输出信号的峰值电压;所述综合控制模块用于实现数据采集测量模块驱动、信号调理模块测量档位控制以及最终测量结果计算和修正。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述APD光电探测器采用靶面尺寸大于Φ4mm的硅基雪崩二极管,前置放大器采用公知跨阻放大电路,反馈电阻阻值为1000Ω。
3.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述增益自调节放大模块由增益可调放大器和幅值判决电路组成,其中,增益可调放大器采用数字VGA放大器,其带宽设置为16MHz,增益调节范围为0dB~40dB,调节步进位1dB,幅值判决电路用于判定光电探测模块输出响应信号峰值幅值范围,控制增益可调放大器进行增益动态调节。
4.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述脉冲参数监测模块包括电压比较器、FPGA以测量脉冲信号的脉冲宽度以及重复周期,输出积分时序驱动信号以及积分时间常数调整指令,其中,所述电压比较器通过将输入信号复制与阈值电压比较,实现脉冲信号的起始时刻捕捉;所述FPGA用于测量脉冲信号的脉冲宽度以及重复周期,并计算和输出积分时序驱动信号以及积分时间常数调整指令。
5.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述程控积分模块包括跨导放大器、模拟开关、积分电容网络,其中跨导放大器依次连接模拟开关、积分电容网络,实现输入脉冲信号模拟积分,通过控制模拟开关的开启或闭合操作,实现积分起止时刻控制;通过调整积分电容网络的等效容值,实现积分时间常数调整。
6.如权利要求5所述的装置,其特征在于,所述跨导放大器的带宽为20MHz;模拟开关根据脉冲参数监测模块输出的积分时序驱动信号进行开启或闭合操作,实现积分起止时刻控制,其响应延时小于3ns;积分电容网络由8路模拟开关和电容值分别为10pF、20pF、20pF、50pF、100pF、200pF、200pF以及500pF的8只电容器组成,通过8路模拟开关选通,调整积分电容等效容值,实现积分时间常数调整,其电容容值调节范围为10pF~1000pF,调节步进为10pF。
7.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述信号调理模块包括程控增益放大器,增益调整范围为0dB~40dB。
8.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述数据采集测量模块采用单通道AD转换芯片实现,其分辨率为16bits,最大转换速率1MHz。
9.一种如权利要求1至8中任一项所述装置的工作方法,其特征在于,该装置利用被测脉冲激光能量值与模拟积分响应信号电压峰值之间的线性关系,通过测量积分响应信号的峰值电压值,实现脉冲激光能量测量,并根据被测激光的脉冲特性参数动态调整积分特性参数,抑制噪声干扰信号低频分量积累放大效应,提高微能量激光测量能力,保证其能量测量范围为10fJ~1pJ,测量不确定度为10%。
10.一种如权利要求1至8中任一项所述装置的工作方法,其特征在于,包括以下步骤:所述光电探测模块接收到脉冲激光信号进行光电转换,响应度为R,输出响应电压信号V r,org (t)至增益自调节放大模块;增益自调节放大模块将输入信号进行放大,放大增益为β adj ,输出响应电压信号V r,amp (t)至程控积分模块;程控积分模块接收到增益自调节放大模块的输出信号V r,amp (t),在积分时序驱动信号的控制下进行积分,积分时间常数值为t τ ,输出积分响应信号V INT,org (t)至信号调理模块;信号调理模块接收到积分响应信号V INT,org (t),对其进行放大,其增益为β set ,输出电压信号V INT,AMP (t)至数据采集测量模块;数据采集测量模块捕捉输入信号V INT,AMP (t)的电压峰值,进行AD转换,输出峰值电压值V INT,PK 至综合控制模块,综合控制模块根据接收到的峰值电压值V INT,PK ,按照式1计算脉冲激光能量E LP :增益自调节放大模块利用电压比较器将响应电压信号V r,amp (t)的幅值与参考电压进行比较,判断响应电压信号V r,amp (t)的峰值电压是否在500mV~2V的范围内,若其峰值电压处于该幅值范围内,则将当前增益值β adj 上报至综合控制模块,若响应电压信号V r,amp (t)的峰值电压不在该幅值范围内,则上报异常信息至综合控制模块,并根据式2,调整增益β adj :增益自调节放大模块输出响应电压信号V r,amp (t)至脉冲参数监测模块,脉冲参数监测模块的高速比较器将增益自调节放大模块输出响应电压信号V r,amp (t)与阈值电压V ref 进行比较,在响应电压信号V r,amp (t)起始时刻产生一个触发脉冲信号,传输至FPGA芯片中,FPGA芯片记录响应电压信号V r,amp (t)起始时刻t i,start 和t i,stop ,并计算、记录脉冲持续时间t i,L =t i,stop -t i,start ,并通过控制指令操控程控积分模块调整积分时间常数 同时,将当前响应信号起始时刻t i,start 与前序脉冲的起始时刻t i-1,start 进行比较,计算脉冲重复周期t i,R =t i,start -t i-1,start ,并根据前序重复周期拟合计算下一个重复周期时间t i+1,R ,生成积分时序驱动信号传输至程控积分模块,驱动程控积分模块对后序脉冲信号进行积分,其积分开启时刻为t i+1,start =t i,start +t i+1,R -500ns,积分结束时刻为t i+1,stop =t i,stop +t i+1,R +500ns。