一种基于多光谱波前传感方法的飞秒激光单发时空测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于多光谱波前传感方法的飞秒激光单发时空测量装置，包括能量分光片、光谱强度及相位测量模块、FP标准具、二维光栅分束模块、凹透镜组、窄带滤光片、聚焦元件和波前传感器。本发明专利技术不需要引入参考光束，待测光束通过FP标准具进行光谱预采样后，经过二维光栅分束模块的空间分束和凹透镜组的发散，形成的不同角度子光束能够被窄带滤光片选通为具有各自的采样波长，最终通过波前传感器直接测得这些子光束的空间强度以及相位信息。本发明专利技术可以实现飞秒激光三维时空复振幅的单发实时测量，具有实验装置和操作简便、光谱和空间分辨率高、光谱测量范围大以及测量实时性高的特点。特点。特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多光谱波前传感方法的飞秒激光单发时空测量装置


[0001]本专利技术涉及超快激光测量
，用于飞秒激光光场三维时空耦合分布的单发实时测量，尤其对于飞秒脉冲各光谱成分的空间波前测量。

技术介绍

[0002]对飞秒脉冲空间或时间上强度和相位分布的测量现在是超快光学实验室的标准程序。然而，随着各国大型拍瓦激光装置的陆续建成，人们发现飞秒激光在不同空间位置处的时域特性有着较大差异,即脉冲具有时空耦合分布，在这种情况下，单独的时间或空间测量已经无法对飞秒光场的时空依赖性结构进行完整的表征。此外，各类飞秒矢量激光、涡旋激光等新型光场也普遍有着复杂的三维时空分布。以上这些时空测量需求都对超快激光测量技术提出了新的挑战。
[0003]目前，为获得飞秒激光脉冲的三维时空耦合信息，科研人员分别开发了基于空间分辨的光谱测量技术和基于光谱分辨的空间测量技术。前者的典型代表有SEA
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TADPOLE(Spatially Encoded Arrangement for Temporal Analysis by Dispersing a Pair of Light E
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fields)，STARFISH(Spatiotemporal Amplitude
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and
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phase Reconstruction by Fourier
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transform of Interference Spectra of High
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complex
‑
beams)和TERMITES(Total E
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field Reconstruction using a Michelson Interferometer Temporal Scan)等，它们都具有较高的光谱和空间分辨率，但是需要通过长时间扫描才能够获得飞秒光场的完整时空分布，这就无法满足现代拍瓦激光装置等低重复频率激光脉冲的单发测量需求。后者的典型代表则有INSIGHT，HAMSTER(Hartmann Shack Assisted,Multidimensional,Shaper based Technique for Electric field Reconstruction)，Shackled FROG(Shackled Frequency Resolved Optical Gating)，STRIPED FISH(Spatially and Temporally Resolved Intensity and Phase Evaluation Device:Full Information from a Single Hologram)等。其中，仅有STRIPED FISH技术可以实现飞秒光场完整三维时空分布的单发测量。但它受限于滤波片的带宽，存在有采样光谱重叠问题，导致测量误差较大且光谱分辨率较低。同时，该技术的光谱测量范围受到二维光栅分离角的限制，而具有大分离角的二维光栅制作难度很高，这使得其仅能测到中心波长附近约
±
20nm的光谱范围。更为重要的是，该技术还需要引入参考光，通过其与待测脉冲的干涉来获取波前信息，这使得实验装置和操作较为复杂。中国专利文献CN114739521A改进了STRIPED FISH技术，不需要引入参考光束，而是通过使用相干调制成像方法来进行波前相位的恢复。但该专利仍未解决STRIPED FISH采样光谱重叠、光谱测量范围有限等问题，并且它自身也存在所需的迭代重建算法计算复杂度高、收敛速度慢等缺点。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述现有技术的不足，提出一种基于多光谱波前传感方法的飞秒激光单发时空测量装置。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：
[0006]一种基于多光谱波前传感方法的飞秒激光单发时空测量装置，其特征在于，包括：
[0007]能量分光片，用于将待测脉冲按需要的能量比分束；
[0008]光谱强度及相位测量模块，用于测量待测脉冲给定位置的光谱强度以及相位；
[0009]FP标准具，用于预先从待测脉冲的光谱中选取所需的一系列准单色光；
[0010]二维光栅分束模块，用于将标准具取样后的待测光束均匀分为不同角度的子光束；
[0011]凹透镜组，用于进一步扩大子光束之间的分离角；
[0012]窄带滤光片，用于从各个子光束中选通不同波长的准单色光；
[0013]聚焦元件，用于将各个不同波长的子光束汇聚到波前传感器的不同位置上；
[0014]波前传感器，用于记录各个不同波长子光束的空间强度及相位信息。
[0015]待测飞秒激光脉冲经所述的能量分光片分为反射光和透射光，其中反射光进入到光谱强度及相位测量模块，透射光则依次通过FP标准具、二维光栅分束模块、凹透镜组、窄带滤光片、聚焦元件后，进入到波前传感器中。
[0016]所述的光谱强度及相位测量模块为FROG、SPIDER或Wizzler。
[0017]所述的FP标准具，其自由光谱范围需与通过干涉滤光片后相邻子光束的波长间隔相一致。
[0018]所述的二维光栅分束模块为振幅型或相位型二维达曼光栅。
[0019]所述的凹透镜组中凹透镜的数量可以调节，以控制子光束角间隔的大小，进而调控整个装置的光谱测量范围。
[0020]所述的聚焦元件可以为非球面透镜、离轴抛物面镜或者凹面镜。
[0021]所述的波前传感器为夏克
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哈特曼波前传感器或四波横向剪切干涉波前传感器。
[0022]本专利技术的工作原理如下：
[0023]首先，利用FP标准具从待测飞秒脉冲的宽光谱中选出一系列分立的准单色光，以提高整体的光谱分辨率；然后通过二维光栅进行均匀分束，再利用凹透镜组进一步增加出射光束的分离角，以扩大装置的光谱测量范围；之后经过窄带滤光片，对不同角度出射光的波长进行选择；最后，将这些出射光束通过聚焦元件汇聚进波前传感器中，这样就可以在传感器的不同位置上直接获得不同波长所对应的空间强度以及波前信息，避免了复杂的相位恢复算法的使用，提高了测量的实时性。再结合对待测光斑给定位置所进行的局域光谱强度及相位测量，经过后续的数据拼接和处理，就可以最终实现飞秒激光的三维时空测量。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]1)通过加入FP标准具、凹透镜组以及聚焦元件，改善了其他专利中(例如中国专利CN114739521A)采样光谱重叠、光谱测量范围有限等缺点，提高了测量装置的光谱分辨率，同时避免了制作难度高的大分离角二维光栅和大口径探测器的使用，降低了装置的成本；
[0026]2)采用波前传感器直接获得各子光束的空间强度以及相位信息，相较于专利CN114739521A中的相干调制成像方法，避免了使用复杂的相位恢复迭代算法，提升了单次测量的实时性。
[0027]3)更易于推广使用，满足各类本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多光谱波前传感方法的飞秒激光单发时空测量装置，其特征在于，包括：能量分光片，用于将待测脉冲按需要的能量比分束；光谱强度及相位测量模块，用于测量待测脉冲给定位置的光谱强度以及相位；FP标准具，用于预先从待测脉冲的光谱中选取所需的一系列准单色光；二维光栅分束模块，用于将标准具取样后的待测光束均匀分为不同角度的子光束；凹透镜组，用于进一步扩大子光束之间的分离角；窄带滤光片，用于从各个子光束中选通不同波长的准单色光；聚焦元件，用于将各个不同波长的子光束汇聚到波前传感器的不同位置上；波前传感器，用于记录各个不同波长子光束的空间强度及相位信息。2.根据权利要求1所述的基于多光谱波前传感方法的飞秒激光单发时空测量装置，其特征在于，所述的光谱强度及相位测量模块为FROG、SPIDER或Wi...

【专利技术属性】
技术研发人员：於亮红，施炳楠，梁晓燕，
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：