[發明專利]一種診斷超短脈沖聚焦場時空分布特性的方法

有效

• 申請號: 201710190809.9
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106918395B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 左言磊;曾小明;周凱南;王逍;吳朝暉;王曉東;黃小軍;謝娜;母杰;蔣東鑌;周松;郭儀;孫立;黃征;粟敬欽
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 綿陽市博圖知識產權代理事務所(普通合伙) 51235
• 代理人: 鄧昉

本發明公開了一種診斷超短脈沖聚焦場時空分布特性的方法，屬于超短激光技術領域，超短脈沖激光經半透半反鏡分光后的透射光作為信號光，經半透半反鏡反射后的光作為參考光，信號光和參考光分別通過各自光路成像得到干涉圖案，根據干涉圖案獲得采樣點處的信號脈沖相對于參考光的時間延遲，利用微位移平臺的二維掃描獲得對于水平和垂直方向上的采樣，從而獲得信號光聚焦場在水平和垂直兩個方向上的時空分布；該方法是目前唯一可以進行聚焦場時空分布特性診斷的技術，從而對于相應物理實驗的預先設計以及物理實驗的圖像的理解提供幫助。

技術領域

本發明屬于超短超強激光技術領域，具體涉及一種診斷超短脈沖聚焦場時空分布特性的方法。

背景技術

目前超強超短脈沖激光已經成為強場物理、高能量密度物理研究的重要工具，研究人員通過聚焦短脈沖激光可以獲得極高的電場和功率密度。然而，由于超短、超強激光系統中大口徑透鏡（用于空間濾波、像傳遞）的存在，使得最終聚焦場的時空分布遠遠偏離理想情況，這將顯著影響強場物理或高能量密度物理實驗的結果，因此，獲得超短脈沖激光裝置的聚焦場的實際時空分布信息，對于相應物理實驗的預先設計以及物理實驗的圖像的理解都無疑具有重要意義。

到目前為止，還沒有任何一種技術可以用于診斷聚焦場的時空分布。

發明內容

本發明的目的就在于提供一種診斷超短脈沖聚焦場時空分布特性的方法，以解決上述問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是這樣的：一種診斷超短脈沖聚焦場時空分布特性的方法，包括以下步驟：

（1）信號光成像，其光路為：超短脈沖激光經第一半透半反鏡分光后的透射光作為待測信號光，所述待測信號光經透鏡組擴束后聚焦，然后通過單模光纖采樣，耦合后的光再經第一準直透鏡輸出，最后經第三平面反射鏡反射以及第二半透半反鏡透射后，其透射光入射到成像光譜儀中進行成像；

（2）參考光成像，其光路為：超短脈沖激光經第一半透半反鏡分光后的反射光作為參考光，所述參考光經第一反射鏡反射后原路返回第一半透半反鏡，再經第二反射鏡反射后由消色差透鏡聚焦到單模光纖，然后經第二準直透鏡準直后由第二半透半反鏡透射反射后，其反射光入射到成像光譜儀中進行成像，得到干涉圖案；

（3）根據所述成像光譜儀采集到的干涉圖案獲得采樣點處的待測信號光相對于參考光的時間延遲，利用微位移平臺的二維掃描獲得對于水平和垂直方向上的采樣，從而獲得信號光聚焦場在水平和垂直兩個方向上的時空分布。

作為優選的技術方案：步驟（1）和（2）所述超短脈沖激光由鈦寶石激光振蕩器產生。

作為優選的技術方案：步驟（1）中的透鏡組包括第一透鏡和第二透鏡，所述第二透鏡位于第一透鏡之后，并且直徑大于第一透鏡。

作為優選的技術方案：步驟（3）中，根據所述成像光譜儀采集到的干涉圖案獲得采樣點處的待測信號光相對于參考光的時間延遲的方法為：預先利用光譜干涉技術測量第一準直透鏡輸出的信號光的剩余二階色散，確定信號光中單位波長對應的時間延遲；根據成像光譜儀采集到的干涉圖案，可以讀出零相位延遲點（即完全時間同步點）的位置，進一步得到其相對于中心波長的偏移量，該偏移量乘以單位波長對應的時間延遲，即得到采樣點相對于參考光的時間延遲。

作為優選的技術方案：步驟（3）中，獲得信號光聚焦場在水平和垂直兩個方向上的時空分布的方法為：將微位移平臺沿水平或垂直方向移動，記錄不同的空間位置處對應的時間延遲量，在坐標系內連接各有效數值點，即可得到信號光聚焦場在該方向上的時空分布信息。

作為優選的技術方案：步驟（1）的信號光光路與步驟（2）參考光光路的附加元件引入的附加色散一致。

作為優選的技術方案：所述單模光纖芯徑為5.5-6.5μm；所述微位移平臺的步長為0.8-1.2μm。二者結合可以滿足對于百微米量級聚焦場的采樣需求。