[發明專利]飛秒激光脈沖相干組束測量系統及測量方法

在審

• 申請號: 202010729329.7
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111879420A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 劉軍;申雄;王鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00;G01J9/02
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種飛秒激光脈沖相干組束測量系統及測量方法。相比于在先技術的只能對組束光束的載波相位進行測量，本發明能實現對組束光束的相位的完全測量，即對載波相位、一階相位和高階相位的完全測量，實現電場的重建，這為飛秒激光脈沖相干組束提供了更精準的光束脈沖信息。

技術領域

本發明涉及光纖飛秒激光脈沖相干組束技術領域，特別是一種飛秒激光脈沖相干組束測量系統及測量方法。

背景技術

在光纖激光技術領域，多條光纖輸出激光脈沖的相干組束，已經成為獲得高功率激光脈沖輸出的主要技術手段之一。相干組束主要思想為：利用微透鏡陣列對多條光纖輸出的激光脈沖進行準直，在垂直于準直光束的某一橫截面上，測量組束光束的相位值并進行調節，使得組束光束的相位值在該平面內盡量相等，即實現相干組束。

在先技術，比較典型的相位測量技術為強度干涉測量(參見A.Heilmann,J.LeDortz,L.Daniault,I.Fsaifes,S.Bellanger,J.Bourderionnet,C.Larat,E.Lallier,M.Antier,E.Durand,C.Simon-Boisson,A.Brignon,and J.-C.Chanteloup,Coherentbeamcombining of seven fiber chirped-pulse amplifiers usingan interferometricphase measurement,Opt.Express 26,31542-31553(2018))。在先技術利用二維成像相機，獲得了準直了組束光束和準直了的參考光束在成像平面上的強度干涉條紋，從強度干涉條紋獲取組束光束某一頻率成分的載波包絡相位值(CEP)。然而，在上述的在先測量技術中，所測量得到的載波包絡相位值僅為某一光譜成分的相位值，在組束過程中存在所有光譜成分的相位值都一樣的假設。對于寬帶飛秒激光脈沖來說，其光譜寬度有幾個納米甚至幾百納米，這樣的假設并不成立，在先技術也不能對激光脈沖的相位除了載波相位外的一階和二階以上的高階光譜相位進行測量(對光譜相位相位在頻率ω0處進行泰勒展開的表達式為：等式右邊的分別為載波包絡相位、一階、二階以及二階以上的高階相位)，這勢必為更精細的相干組束造成障礙。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種飛秒激光脈沖相干組束測量系統及測量方法,在垂直于光束傳播方向的某一橫截面內，對不同光束的相位進行完全測量。相比于在先技術的只能對組束光束的載波相位(相位中的零階相位)進行測量，本發明所提出的相位完全測量方法，能為飛秒激光脈沖相干組束提供更精準的光束脈沖信息。

本發明的技術解決方案如下：

一種飛秒激光脈沖相干組束測量系統,其特點在于，該測量系統包括：沿組束飛秒激光脈沖輸入方向依次是準直的微透鏡陣列、合束器、單模光纖束和二維成像光譜儀，所述的合束器用于對通過微透鏡陣列獲得的準直的組束光束與參考光束進行合束；所述的單模光纖束由多根單模光纖組合而成，依次是二維接收端、傳導光纖束、一維輸出端；在所述的二維接收端端面上，所述的單模光纖束的單模光纖端面呈二維平面排列，組束光束在該端面的各個小光斑中，所述的參考光束的光斑應覆蓋組束光束的光斑；在所述的一維輸出端，所述的單模光纖束的端面呈一字型排列，所述的參考光束為波前為平面的準直光束，或波前為球面的發散光束。

利用上述飛秒激光脈沖相干組束測量系統對飛秒激光脈沖相干組束的測量方法，其特點在于，該方法包括如下步驟：

①光譜干涉條紋的獲取：

從多條光纖輸出的激光束通過微透鏡陣列進行準直獲得準直了的組束光束；合束器將組束光束與從另外一根光纖輸出的參考光束合束；合束后組束光束與參考光束經由所述的單模光纖束的二維接收端、傳導光纖束和一維輸出端，耦合入二維成像光譜儀，在所述的二維成像光譜儀的成像平面上，獲得多組光譜干涉條紋，其中任一組光譜干涉條紋，是由所述的二維接收端端面上相應的單模光纖所對應的組束光束中的一束光束與參考光束相干涉產生的；