一种超快激光时空耦合特性的单次测量方法技术

本发明专利技术公开了超快激光时空耦合特性的单次测量方法，该方法首先将参考光和待测光束入射到采样光路中，经过采样光路的缩束系统进行缩束后，用狭缝阵列采样并通过成像光谱仪获取参考光与待测光形成的空谱干涉图像，然后通过“频域分割傅里叶变换”方法恢复狭缝阵列采样区待测光的谱强度和谱相位，最后通过一维傅里叶逆变换得到狭缝阵列采样区各点的时域特征，即可得到待测光束的时空耦合特性。本发明专利技术提供的超快激光时空耦合特性的单次测量方法，不需要对激光光束进行多次扫描，可用于单发输出的大型超高峰值功率激光装置的时空耦合特性测量，同时该方法简单易操作，通过简单的光路就能够实现超快激光时空耦合特性的单次测量，通用性强。用性强。用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种超快激光时空耦合特性的单次测量方法


[0001]本专利技术属于激光参数测量领域，尤其涉及一种超快激光时空耦合特性的单次测量方法。

技术介绍

[0002]超高峰值功率激光是研究激光核物理、实验室天体物理、高温高密度等离子体物理等极端条件下物理规律的重要工具。超高峰值功率激光的脉冲持续时间极短，通常仅为十几到数十飞秒，同时为了防止光学元件表面的功率密度过高而导致的元件损伤，其光束口径在聚焦前通常达到数十厘米，由于光束口径较大，激光系统中展宽器、压缩器、透镜、非线性晶体、取样元件以及真空室中带楔角的玻璃窗口等元件会引起光束口径内不同区域的时域波形各有不同，该现象称为“时空耦合”效应。
[0003]精确测量超高峰值功率激光的时空耦合特性将有助于预测其焦斑处光电场分布和补偿时空耦合畸变以提升峰值功率密度。目前测量超快激光时空耦合特性的方法大多数为连续扫描的方式，这种方法只适用于测量高重频的超快激光的时空耦合特性，却无法应用在大型超高峰值功率激光装置中，这是因为大型超高峰值功率激光装置在发射一次激光后往往需要很长时间对装置中一些元器件进行冷却，而且每次发射的激光脉冲的时空耦合特性并不完全一致，因此无法用多次扫描的测量方式测量这类激光的时空耦合特性。
[0004]因此，亟需一种新的超快激光的时空耦合特性测量的单次方法。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种超快激光时空耦合特性的单次测量方法，该方法能够用简单的光路实现超快激光时空耦合特性的单次测量。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种超快激光时空耦合特性的单次测量方法，所述方法包括：
[0007]S1：搭建超快激光时空耦合特性的单次测量光路；
[0008]所述光路包括：由透镜I和透镜II组成的缩束系统，缩束系统后面设置了狭缝阵列，狭缝阵列后面放置成像光谱仪用于采集空谱干涉图像，且狭缝阵列放置在成像光谱仪入口处；
[0009]S2：对狭缝阵列和成像光谱仪进行标定；
[0010]S3：采集干涉图像；
[0011]将一束待测光和一束与待测光之间有夹角的参考光入射至步骤S1中搭建的光路中，两束光经过缩束系统进行缩束后，在狭缝阵列处汇合，再由成像光谱仪采集空谱干涉图像，干涉场光强分布满足：
[0012][0013]式中I
r
和I
t
分别表示参考光和待测光强度，表示待测光与参考光相对相位差，
Δτ(x
i
)表示x
i
处待测光与参考光的相对延迟。
[0014]S4：将步骤S3采集的空谱干涉图像经过二维傅里叶变换得到二维频域图，通过频域分割傅里叶变换方法在二维频域图中每一条狭缝对应的一级亮斑中提取谱强度和谱相位；
[0015]S5：通过对步骤S4得到的谱强度和谱相位做一维傅里叶逆变换，获得待测光束各点光电场随时间的变化，即待测光电场完整的三维时空分布。
[0016]优选的，所述步骤S2中，对狭缝阵列和成像光谱仪进行标定，获取图像像素与光电场角频率ω的对应关系以及随着狭缝位置变化，各个狭缝采集到的光谱图像沿光电场角频率ω方向整体移动的系数p
i
，i表示第i个狭缝，取值为1～n，n为待测光覆盖的狭缝数。
[0017]优选的，所述步骤S4中，进行谱强度和谱相位提取的方法如下：
[0018]S41：将步骤S3采集得到干涉图像经过二维傅里叶变换得到二维频域图，在二维频域内进行滤波，提取任意一个狭缝对应的二维频域图像中的一级亮斑，所述一级亮斑是指+1级亮斑；
[0019]S42：将提取的亮斑进行二维傅里叶逆变换到ω
‑
y域，其中，ω为光电场角频率，y为y方向，得到一个二维复数矩阵，并将得到的二维矩阵沿ω域进行平移，平移距离为
‑
p
i
×
x
i
，其中x
i
为第i个狭缝对应的x轴坐标；
[0020]S43：提取谱强度和谱相位，谱强度为步骤S42中二维复数矩阵中每一个复数的模；谱相位为步骤S42中二维复数矩阵中每一个复数的辐角；
[0021]S44：去除步骤S43中提取的谱相位的一阶色散，所述一阶色散为对应狭缝处待测光与参考光相对延迟导致的一阶色散；
[0022]S45：重复步骤S41～S44，对每一条狭缝对应的一级亮斑执行上述操作，提取谱强度和谱相位，直至获取所有狭缝处待测光的谱强度和谱相位。
[0023]优选的，所述步骤S44中，去除谱相位一阶色散的操作为：其中为未去除一阶色散时的谱相位，为去除一阶色散后得到的谱相位，x
i
为第i个狭缝对应的x轴坐标，Δτ(x
i
)表示x
i
处待测光与参考光的相对延迟，且Δτ0为x
i
＝0处待测光与参考光的相对延迟，c为光速；θ为待测光与参考光之间入射时的夹角。
[0024]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种超快激光时空耦合特性的单次测量方法，该方法在成像光谱仪前放置狭缝阵列进行采样，再用成像光谱仪获取待测光与参考光的空谱干涉图像，并通过对图像进行处理以获取激光的时空耦合特性，不需要对激光光束进行多次扫描，可用于单发输出的超高峰值功率激光的时空耦合特性的测量，同时本方法简单易操作，通过简单的光路就能够实现超快激光时空耦合特性的单次测量，通用性强。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例中用于超快激光时空耦合特性的单次测量的光路俯视图；
[0026]图2为本专利技术实施例中用于超快激光时空耦合特性的单次测量的光路侧视图；
[0027]图3为本专利技术实施例中狭缝与二维频域图对应关系示意图；
[0028]图4为本专利技术实施例中提取谱强度和谱相位的流程图；
[0029]图中：1.透镜I 2.透镜II 3.狭缝阵列 4.成像光谱仪。
具体实施方式
[0030]本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本专利技术的原理，应被理解为本专利技术的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本专利技术公开的这些技术启示做出各种不脱离本专利技术实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本专利技术的保护范围内。
[0031]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0032]一种超快激光时空耦合特性的单次测量方法，所述方法包括：
[0033]S1：搭建如图1和图2所示的超快激光时空耦合特性的单次测量光路；
[0034]所述光路包括：由透镜I1和透镜II2组成的缩束系统，缩束系统后面设置了狭缝阵列3，狭缝阵列后面放置成像光谱仪4用于采集干涉图像，且狭缝阵列放置在成像光谱仪入口处；
[0035]S2：对狭缝阵列和成像光谱仪进行标定；
[0036]对狭缝阵列和成像光谱仪进行标定，获取图像像素与光电场角频率ω的对应关系以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超快激光时空耦合特性的单次测量方法，其特征在于，所述方法包括：S1：搭建超快激光时空耦合特性的单次测量光路；所述光路包括：由透镜I(1)和透镜II(2)组成的缩束系统，缩束系统后面设置了狭缝阵列(3)，狭缝阵列(3)后面放置成像光谱仪(4)，且狭缝阵列(3)位于成像光谱仪入口处；S2：对狭缝阵列和成像光谱仪进行标定；S3：采集干涉图像；将一束待测光和一束与待测光之间有夹角的参考光入射至步骤S1中搭建的光路中，两束光经过缩束系统进行缩束后，在狭缝阵列处汇合，再由成像光谱仪采集空谱干涉图像；S4：将步骤S3采集的空谱干涉图像经过二维傅里叶变换得到二维频域图，通过频域分割傅里叶变换方法在二维频域图中每一条狭缝对应的一级亮斑中提取谱强度和谱相位；S5：对步骤S4得到的谱强度和谱相位做一维傅里叶逆变换，获得待测光各点光电场随时间的变化，即待测光光电场完整的三维时空分布。2.根据权利要求1所述的超快激光时空耦合特性的单次测量方法，其特征在于，所述步骤S2中，对狭缝阵列和成像光谱仪进行标定，获取图像像素与光电场角频率ω的对应关系以及随着狭缝位置变化，各个狭缝采集到的光谱图像沿光电场角频率ω方向整体移动的系数pi，i表示第i个狭缝，取值为1～n，n为待测光束覆盖的狭缝数。3.根据权利要求1所述的超快激光时空耦合特性的单次测量方法，其特征在于，所述步骤S4中，进行谱强度和谱相位提取的方法如下：S41：将步骤S3采集得到干涉图像经过二维傅...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，王逍，曾小明，母杰，胡必龙，左言磊，吴朝辉，王晓东，李钊历，粟敬钦，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：