基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置和方法制造方法及图纸

一种基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置和方法，装置包括分束模块，波长选通模块，波前调制模块和探测器。待测光束经过分束模块分为不同角度的子光束，波长选通模块使得不同角度的待测光束通过的窄带波长不同，然后该滤波后的光束经过波前调制模块，最终由探测器记录衍射光斑。利用单次曝光相位恢复技术可以恢复出每个波长对应的波前信息。本发明专利技术可以实现对宽带光束的单次曝光测量，尤其对于飞秒脉冲的波前测量，可以实现飞秒脉冲的时空诊断，同时具有自参考和空间高分辨率的特点。同时具有自参考和空间高分辨率的特点。同时具有自参考和空间高分辨率的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置和方法


[0001]本专利技术涉及超短脉冲的时空三维复振幅单次测量，超短脉冲空间相位和光谱相位单次曝光测量以及时空耦合，尤其对于超快脉冲复杂波前分布的波前测量。

技术介绍

[0002]对超短脉冲特性表征需要得到或者四维信息，一般光谱相位的测量方法有FROG(frequency resolved optical gating)，SPIDER(spectral
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phase interferometry for direct electric
‑
field reconstruction)和离散扫描等方法，但是对于时空特性的测量需要结合空间相位测量技术。例如Shackled FROG和HAMSTER(Hartmann
‑
Shack assisted，multidimensional，shaper
‑
based technique for electric
‑
field reconstruction)技术与哈特曼传感器结合可以实现空间
‑
光谱相位的测量，但是需要扫描。另外，(sTRIPED FISH)spatially and Temporally Resolved Intensity and Phase Evaluation Device：Full Information from a Single Hologram结合全息技术可以实现单次曝光的空间
‑
光谱相位测量，但是该方法需要引入参考光束。本专利技术提出一种基于波长分光的单次曝光相位恢复装置和方法，该方法不需要引入参考光束，可以单次重建出M个波长的波前复振幅分布，结合其他光谱相位测量技术，可以实现单次曝光超短脉冲的空间
‑
光谱相位测量，即或具有装置简便，分辨率高，稳定性高等优点。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对超短脉冲单次曝光时空耦合特性测量的局限性，提出一种基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置和方法，利用波前分束模块将波前分为不同角度的出射光，然后经过窄带滤光片，不同角度的出射光的波长不同，经过调制器后，最终在探测器不同位置记录不同波长的衍射光斑。利用相位恢复算法可以将不同波长对应的波前空间复振幅重建。结合时间相位测量方法，可以实现超短脉冲的时空相位测量。
[0004]本专利技术的技术解决方案如下：
[0005]一种基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置，其特征在于，包括：
[0006]波前分束模块，用于将待测光束按能量比Q1∶Q2分束，Q1和Q2根据需求确定；
[0007]光栅分束模块，用于将分束后的待测光束分为不同角度的子光束；
[0008]波长选通模块，使不同角度的子光束通过不同的窄带波长；
[0009]波前调制模块，用于对待测波前进行波前调制；
[0010]探测器模块，用于记录经过波前调制模块调制后波前的光强。
[0011]时间相位测量模块，用于测量超短脉冲时间相位分布；
[0012]控制及数据处理模块，用于控制探测器模块，及时记录衍射光斑，并存储衍射光斑，对数据进行处理。
[0013]所述的基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置，其特征在于，在所述波前分束模块之前同光轴设有激光器模块，该激光器模块为超短脉冲光源。
[0014]所述的基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置，其特征在于，激光器模块产生啁啾脉冲光束还包括：色散棱镜A和色散棱镜B，用于产生空间啁啾脉冲。
[0015]激光器模块产生的脉冲光束，经过色散棱镜A和色散棱镜B之后生成啁啾脉冲作为系统的待测光束。
[0016]所述的基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置，其特征在于，在所述的波前分束模块和光栅分束模块之间，沿光路还依次设有色散透镜A和色散透镜B，用于产生空间啁啾脉冲。
[0017]所述的基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置，其特征在于，所述的光栅分束模块为振幅型或相位型二维光栅。
[0018]所述的基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置，其特征在于，所述的波前调制模块为二元台阶相位波前调制器、三元台阶相位波前调制器、十元台阶相位波前调制器、连续相位调制器、连续振幅相位调制器或纯振幅型波前调制器。
[0019]所述的基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置进行单次曝光超短脉冲时空测量方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
[0020]步骤1)标定波前调制模块对某一波长的复振幅透过率函数T
m
，m表示为光栅不同的衍射级次，m＝1，2，3..M；
[0021]步骤2)波前调制模块之前的光束复振幅分布，初始猜测公式如下：
[0022]Oguess
m
＝Aguess
m
·
(rand(nx，ny)
·
exp(i
·
rand(nx，ny)
·
π))
m
[0023]式中，Aguess
m
为第m个衍射级次的振幅系数，rand(nx，ny)为产生nx行，ny列的随机矩阵，nx和ny分别是运算数据矩阵的行和列；
[0024]步骤3)控制及数据处理模块波前迭代计算过程：
[0025]①
前向传播过程：初始猜测波前Oguess
m
经过波前调制模块后变为波前：P
m
＝Oguess
m
·
T
m
，然后波前P
m
传播至探测器模块得到波前其中表示波前的前向传播过程，L为传播距离，L
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为波前调制模块(4)与探测器模块(5)之间的距离；
[0026]由探测器模块记录的衍射光斑IA，对衍射光斑IA分割为不同波长对应的衍射光斑I
m
＝cut(IA)，cut()为分割操作；
[0027]控制及数据处理模块对波前IP
m
进行更新：IP
′
m
＝I
m
·
exp(i
·
angle(IP
m
))，并计算估计衍射光斑与记录衍射光斑之间的误差RMS，公式如下：
[0028]RMS＝sum(I
m
)/(sum(IP
′
m2
)
‑
sum(I
m
))2[0029]其中，sum为对矩阵中所有元素进行求和，angle为对波前取相位操作；
[0030]②
后向传播过程：更新后的波前IP
′
m
后向传播至波前调制模块得到波前其中表示后向传播过程，L为传播距离；
[0031]利用以下更新公式得到波前调制模块(4)前的波前为：
[0032]Og本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置，其特征在于，包括：波前分束模块(1)，用于将待测光束按能量比Q1∶Q2分束，Q1和Q2根据需求确定；光栅分束模块(2)，用于将分束后的待测光束分为不同角度的子光束；波长选通模块(3)，使不同角度的子光束通过不同的窄带波长；波前调制模块(4)，用于对待测波前进行波前调制；探测器模块(5)，用于记录经过波前调制模块(4)调制后波前的光强。时间相位测量模块(6)，用于测量超短脉冲时间相位分布；控制及数据处理模块(7)，用于控制探测器模块(5)，及时记录衍射光斑，并存储衍射光斑，对数据进行处理。2.根据权利要求1所述的基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置，其特征在于，在所述波前分束模块(1)之前同光轴设有激光器模块(8)，该激光器模块(8)为超短脉冲光源。3.根据权利要求2所述的基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置，其特征在于，所述的激光器模块(8)，产生啁啾脉冲光束还包括：色散棱镜A(9)和色散棱镜B(10)，用于产生空间啁啾脉冲。激光器模块(8)产生的脉冲光束，经过色散棱镜A(9)和色散棱镜B(10)之后生成啁啾脉冲作为系统的待测光束。4.根据权利要求2所述的基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置，其特征在于，在所述的波前分束模块(1)和光栅分束模块(2)之间，沿光路还依次设有色散透镜A(11)和色散透镜B(12)，用于产生空间啁啾脉冲。5.根据权利要求1
‑
4任一所述的基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置，其特征在于，所述的光栅分束模块(2)为振幅型或相位型二维光栅。6.根据权利要求1
‑
4任一所述的基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置，其特征在于，所述的波前调制模块(4)为二元台阶相位波前调制器、三元台阶相位波前调制器、十元台阶相位波前调制器、连续相位调制器、连续振幅相位调制器或纯振幅型波前调制器。7.利用权利要求1
‑
6任一所述的基于空频复用的单次曝光超短脉冲时空测量装置进行单次曝光超短脉冲时空测量方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：步骤1)标定波前调制模块(4)对某一波长的复振幅透过率函数T
m
，m表示为光栅不同的衍射级次，m＝1，2，3..M；步骤2)波前调制模块(4)之前的光束复振幅分布，初始猜测公式如下：Oguess
m
＝Aguess
m
·
(rand(nx，ny)
·
exp(i
·
rand(nx，ny)
·
π))
m
式中，Aguess
m
为第m个衍射级次的振幅系数，rand(nx，ny)为产生nx行，ny列的随机矩阵，nx和ny分别是运算数据矩阵的行和列；步骤3)控制及数据处理模块(7)波前迭代计算过程：
①
前向传播过程：初始猜测波前Oguess
m
经过...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱坪，徐英明，易友建，朱健强，刘诚，谢兴龙，潘兴臣，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：