[發明專利]基于高重復頻率飛秒脈沖全場信息實時測量系統和方法

有效

• 申請號: 202010481010.7
• 申請日: 2020-05-30
• 公開（公告）號: CN111678611B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 楊中民;文曉曉;孫悅怡;韋小明
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

1.基于高重復頻率飛秒脈沖全場信息實時測量系統，其特征在于：包括若干個第一光學分路部件、若干個振幅調制器、任意波形發生器、若干個第二光學分路部件、若干個超大帶寬時域探測光路、若干個色散傅里葉變換光路、數據采集與處理部件；

所述若干個第一光學分路部件，用于將待測信號RR_S分成N路時域解復用信號；

所述若干個振幅調制器輸入端與第一光學分路部件輸出的N路時域解復用信號一一對應連接，用于對待測信號進行時域調制，實現時域解復用降頻分離；

所述任意波形發生器為所述若干個振幅調制器產生調制信號；

所述若干個第二光學分路部件輸入端與所述若干個振幅調制器輸出的N路時域解復用信號一一對應連接，每個第二光學分路部件將降頻后的每一路時域解復用信號分成兩條信號，其中一條信號輸入超大帶寬時域探測光路，用于對分路脈沖進行小色散量的時域拉伸，另一條信號輸入色散傅里葉變換光路，用于對分路脈沖進行大色散量的時域拉伸并將待測信號的頻域強度信息映射到時域上，實現時頻變換；

所述若干個第二光學分路部件將N路時域解復用信號分成2N條信號；所述若干個超大帶寬時域探測光路與其中N條信號一一對應連接，所述若干個色散傅里葉變換光路與另外的N條信號一一對應連接；

所述數據采集與處理部件，包括高速光電探測器、高速采樣器、處理終端，用于將超大帶寬時域探測光路和色散傅里葉變換光路輸出的光信號轉換成電信號，并進行實時數據采集與處理。

2.根據權利要求1所述的基于高重復頻率飛秒脈沖全場信息實時測量系統，其特征在于：第一光學分路部件和第二光學分路部件均為光耦合器。

3.根據權利要求1所述的基于高重復頻率飛秒脈沖全場信息實時測量系統，其特征在于，所述的若干個振幅調制器通過任意波形發生器進行調制，產生重復頻率為RR_S/N、持續時間遠大于待測信號單個脈沖持續時間的方波信號，第n個振幅調制器的方波信號較第一個時間延遲(n-1)/RR_S，2≤n≤N。

4.根據權利要求1所述的基于高重復頻率飛秒脈沖全場信息實時測量系統，其特征在于，所述超大帶寬時域探測光路包括輸入端色散部件、激光器、泵浦端色散部件、高非線性介質、光學濾波器和輸出端色散部件；

所述輸入端色散部件對若干個第二光學分路部件輸出的信號進行色散處理，形成探測光；

所述激光器產生超短脈沖序列，再經過所述泵浦端色散部件進行色散處理，形成泵浦光；

所述高非線性介質為探測光和泵浦光之間的非線性參量過程提供非線性媒介；

所述光學濾波器將高非線性介質產生的閑頻光濾出；

所述輸出端色散部件對閑頻光進行色散處理，得到時域放大信號。

5.根據權利要求4所述的基于高重復頻率飛秒脈沖全場信息實時測量系統，其特征在于，所述高非線性介質為高非線性光纖；所述輸入端色散部件、泵浦端色散部件、輸出端色散部件均為色散光纖。

6.根據權利要求4所述的基于高重復頻率飛秒脈沖全場信息實時測量系統，其特征在于，所述輸入端色散部件的色散量D_in、所述泵浦端色散部件的色散量D_f、所述輸出端色散部件的色散量D_out滿足如下成像關系：

所述時域放大信號的放大倍數為：

7.根據權利要求1所述的基于高重復頻率飛秒脈沖全場信息實時測量系統，其特征在于，所述高速光電探測器、高速采樣器、處理終端依次連接；所述高速光電探測器將光信號轉變成電信號，再經過高速采樣器件對電信號進行采集，最后利用處理終端對所采集的信號進行處理和分析；所述處理終端為計算機設備。

8.權利要求1所述的基于高重復頻率飛秒脈沖全場信息實時測量系統的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

A、待測信號RR_S被第一光學分路部件分成N路解復用待測脈沖；

B、每一路解復用待測脈沖通過一個振幅調制器對脈沖簇在時域上進行解復用的降頻分離，脈沖重復頻率均變為待測信號的N分之一，即RR_S/N；

C、經過降頻后的每一路解復用待測脈沖通過第二光學分路部件再分成兩條信號，其中一條信號通過超大帶寬時域探測光路進行時域放大，獲得輸入光脈沖的時域強度信號I₁(t)；另一條信號通過色散傅里葉變換光路進行時頻轉換，將待測信號的頻域信息映射到時域上，獲得輸入光脈沖的遠場強度信號I₂(t)；

D、通過數據采集與處理部件實時采集超大帶寬時域探測光路的輸入光脈沖的時域強度信號I₁(t)和色散傅里葉變換光路的輸入光脈沖的遠場強度信號I₂(t)；

E、數據采集與處理部件的處理終端采用Gerchberg-Saxton算法對時域強度信號I₁(t)和遠場強度信號I₂(t)重構出待測信號光的相位，得到待測信號光的強度、相位等在時域和頻域的信息，從而實現高重復頻率飛秒脈沖的全場信息實時測量。