[發明專利]一種超快激光場的時空測量裝置

在審

• 申請號: 201811035492.2
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109186785A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 曹烽燕;楊承帥;齊大龍;何一林;楊巖;孫真榮;張詩按
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明公開了一種超快激光場的時空測量裝置，包括成像系統、同步系統及數據采集處理系統，本發明結合了條紋相機和壓縮感知理論在二維壓縮成像方面的優勢，通過將激光場的光斑直接照射到紙屏上形成所拍攝的二維激光場的動態場景，利用二次迭代閾值壓縮算法對得到的壓縮數據進行重構，最終實現對任意激光場的時空測量。本發明待測激光場依次通過高反鏡、薄紙屏、物鏡，再通過立方體分束器進入凸透鏡，接著到達數字微鏡器件，反射光再次到達立方體分束器后進入條紋相機，由計算機控制圖像信息的采集以及后期數據處理。本發明的整個測量過程是一個單次測量的超快過程，測量中不需要引入參考光，具有光路簡單，算法運行速度快，可覆蓋波段較寬的特點。

技術領域

本發明涉及激光場測量技術領域，用于同時測量脈沖激光場的時間和空間信息，尤其是一種超快激光場的時空測量裝置。

背景技術

人們對激光從認識到深入再到加以利用，是一個不斷發展的過程。如今超短脈沖激光已經被廣泛應用于包括超快現象研究、精密材料加工、超精密外科手術、光通信和設計高新技術領域的科學研究。激光參數作為激光技術的一個重要衡量指標，對其的測量是一個具有重要意義的研究方向，也是激光器的研究、生產和應用中的一項基礎工作。

現有技術對激光的特性分析，包括了它在時間、空間和頻譜中的分布特性，由各種激光參數表征。激光頻譜特性參數包括譜線寬度和輪廓、頻率穩定性和相干性等參數。激光波長測量使用光譜儀和干涉儀，大多數激光波長計的主體部分是干涉儀，也可用差拍和外差的方法測量激光波長。激光空域特性參數包括激光光束直徑、發散角、橢圓度、橫模式、近場和遠場花樣等，這些參數是通過測量激光功率或能量的相對空間分布得到的。激光時域特性參數測量包括脈沖波形和寬度、峰值功率、重復功率、瞬時功率、功率穩定性等的測量。激光時域參數測量需要配備響應速度足夠快的線性探測器和記錄、存儲、顯示系統。激光脈沖寬度短到1納秒以下時,則使用高速電子光學條紋照相機，或雙光子吸收熒光法和二次諧波強度相關法等測量技術。

對于激光光斑，更多的關注點在時空兩個方面的參數測量，尚存的技術已經可以實現上述參數的測量，但還沒有一種普適的可以同時測量激光脈沖在時間域和空間域的信息分布的技術。

通常的技術都是通過對時間域進行積分得到空間域的分布規律，或者對空間域進行積分得到時間域的演化規律，這樣的做法勢必會導致空間不同位置的點失去時間信息，也會導致不同時刻的光信息失去了空間分辨能力。在一些存在時空畸變的情況下，就很難達到較高的實驗精度。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足而提供的一種超快激光場的時空測量裝置，該裝置同時測量脈沖激光場的時間和空間信息的過程為單次測量過程，可以高保真地實現時間空間信息的三維重構。

實現本發明的具體技術方案是：

一種超快激光場的時空測量裝置，特點是該裝置包括：

一個由待測激光場、高反鏡、薄紙屏、物鏡、立方體分束器、第一凸透鏡、第二凸透鏡、數字微鏡器件及條紋相機構成的成像系統；

一個由數字延時發生器及條紋相機構成的同步系統；

一個由計算機構成的數據采集及處理系統；

所述待測激光場依次通過高反鏡、薄紙屏、物鏡、再通過立方體分束器進入第一凸透鏡、第二凸透鏡，到達數字微鏡器件（DMD），由數字微鏡器件反射的光再次到達立方體分束器后進入條紋相機；

所述的計算機分別與數字微鏡器件及條紋相機電連接，數字延時發生器分別與條紋相機及待測激光場電連接。

所述薄紙屏設置在物鏡的焦點處。

所述第一凸透鏡與第二凸透鏡組成一個4f 系統，數字微鏡器件設置在第二凸透鏡像平面處對中間像進行編碼，編碼后的圖像被數字微鏡器件的微鏡反射后由原4f 系統返回進入條紋相機。