CN110048293A - 对畸变飞秒激光脉冲同步聚焦整形的装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对畸变飞秒激光脉冲进行聚焦整形控制的方法，具体的是本发明根据时间反演原理，编写光学逆扩散算法；依据全息干涉原理编写相移全息算法；激光器1输出的光束入射到分光镜2被分为两部分，一部分进入到样品光路3.1‑8，另一部分进入参考光路3.2‑8。参考光路3.2‑8中光束经过第二反射镜3.2、第三反射镜3.3反射到等腰棱镜10上，等腰棱镜10将光束反射到第四反射镜3.4，光束经过第四反射镜3.4反射后输入到二维光谱仪8，本发明通过计算机运行光学逆扩散算法对空间光调制器中波前的空间自由度进行控制，从而实现对飞秒激光脉冲的空间畸变和时间畸变同时进行聚焦整形控制。

Description

对畸变飞秒激光脉冲同步聚焦整形的装置及控制方法
技术领域
本发明涉及对畸变飞秒激光脉冲进行聚焦整形控制的方法，具体的是一种对畸变飞秒激光脉冲同步聚焦整形的装置及控制方法。
背景技术
在飞秒时间尺度下，物质与激光之间的相互作用尤其依赖于所使用的飞秒激光脉冲的空间、时间形状分布，要求使用的飞秒激光脉冲在传播的过程中能够保持初始的空间-时间聚焦形状。然而，由于飞秒激光脉冲的宽光谱特性导致飞秒激光脉冲在介质中传播时，脉冲的空间分布和时间特性会发生畸变，引起时间啁啾、空间啁啾和脉冲前沿倾斜等畸变。当这种畸变效应存在时，影响了飞秒激光脉冲的时间分辨率、降低了脉冲的强度并导致其它问题。因此，飞秒激光脉冲畸变成为了许多光学应用的固有障碍，对飞秒激光脉冲空间和时间畸变进行整形控制是许多研究领域工作的重点。对于飞秒激光脉冲通过散射介质时如何同时保持原有空间、时间特性不变，这就需要进行整形控制技术方法的研究。飞秒激光脉冲的空间、时间同步整形控制和聚焦的实现对于非线性光谱学、光学显微成像、光学相干层析成像、微加工等研究中提高探测的空间分辨率和和时间分辨率将有着重要的意义。
飞秒激光脉冲的整形控制是一个挑战性的课题，一是因为飞秒激光脉冲是超快信号，现有电子仪器元器件的响应时间达不到这一量级，最快的条纹扫描相机也只能达到几百飞秒，因此无法像对纳秒激光脉冲整形控制那样通过电驱动的整形装置如电光调制器实现，而只能采用全光学手段；二是在飞秒时间量级，物质与激光之间的相互作用尤其依赖于飞秒激光脉冲的时间、空间形状分布，在进行空间畸变整形控制的同时还需要对时间畸变进行整形控制。
目前飞秒激光脉冲的整形通常是在空间域和时间域分开单独进行的，空间域整形采用夏克-哈特曼波前传感器和自适应波前处理的方法；时间域的整形采用傅里叶光学原理的4f结构整形技术，基本的实验装置由一对衍射光栅、透镜以及一个脉冲掩模板组成，通过衍射光栅和棱镜把入射的脉冲从时域变换频域，在频域进行脉冲整形，然后再变换回时域，最终得到整形后输出的飞秒激光脉冲时间分布；另外，在这种方法中，采用了基因遗传算法，在找到最优解之前需要对问题进行反复迭代运算，直至找到满意的解，运行时间较长。它只是间接地对飞秒激光脉冲的时间维度进行整形控制，无法对空间畸变和时间畸变同时进行聚焦整形控制。
申请人提出依据时间反演原理为基础编写光学逆扩散算法，采用相位共轭方法，运用傅里叶变换空间-光谱干涉技术对散射畸变飞秒激光脉冲进行测量，通过计算机运行光学逆扩散算法对空间光调制器中的不同区域的电压进行调节，从而对入射波前空间的自由度进行控制，对散射飞秒激光脉冲的空间畸变和时间畸变同时实现整形控制，同步实现飞秒激光脉冲的空间和时间聚焦。光学逆扩散算法优于传统的基因遗传算法，不需要像基因遗传算法那样进行繁琐的迭代，对空间自由度的控制最多只需几秒到几分钟的时间即可完成迭代。另外在这种方法中采用了折叠式4f脉冲整形器，这一整形器具有三方面的优势：一是采用了折叠结构，减少了光学元件，调节方便；二是采用了凹面柱面反射镜，避免了光通过会聚透镜时引入的色散；三更为重要的是采用凹柱面反射镜后，可以把光谱在空间横向二维展开，形成光谱的阵列分布，实现对光谱的空间分辨，实现了空间-光谱分辨整形，对信号沿光谱轴进行傅里叶变换可以得到飞秒信号的空间-时间分布。
特别涉及一种利用时间反演原理，采用相位共轭方法，通过计算机运行逆扩散算法对空间光调制器中波前的空间自由度进行控制，从而实现对飞秒激光脉冲的空间畸变和时间畸变同时进行聚焦整形控制的方法。
发明内容
本发明是基于时间反演原理编写光学逆扩散算法，采用相位共轭方法，通过计算机运行光学逆扩散算法对空间光调制器中波前的空间自由度进行控制，从而实现对飞秒激光脉冲的空间畸变和时间畸变同时进行聚焦整形控制。
为了实现上述功能，本发明将采用一下技术方案：
一种对畸变飞秒激光脉冲同步聚焦整形装置，包括飞秒激光器和分光镜，其特征在于激光器输出激光经分光镜分为的样品光路和参考光路，样品光路包括脉冲整形器、散射样品和会聚透镜，参考光路包括等腰棱镜和由反射镜组成的反射部，光分别经样品光路和参考光路进入二维光谱仪，二维光谱仪记录参考光路和样品光路两光束的空间-光谱干涉条纹，二维光谱仪输出端与计算机输入端相连接，计算机输出端与脉冲整形器输入端相连接，其中，所述参考光路中，光束进入等腰棱镜并经经等腰棱镜反射后进入二维光谱仪，分光镜与等腰棱镜之间、等腰棱镜与分光镜之间设有反射部；所述样品光路中光束入射到脉冲整形器，脉冲整形器出射的激光束经过会聚透镜聚焦到散射样品上，所述散射样品固定在可在垂直于会聚透镜光轴的方向移动的二维平台上，散射样品把飞秒激光脉冲的时间完整性破坏，在时间上已经不再是一个完整的脉冲，激光脉冲变成复杂的空间-时间散斑，透过样品出射的散射光经过会聚透镜会聚输入到二维光谱仪。
本发明所述样品光中设有第一反射镜，样品系统中光束经过第一反射镜镜反射后入射到脉冲整形器，沿样品光路依次设有第一反射镜、脉冲整形器、第一会聚透镜、样品和第二会聚透镜。
本发明所述反射部包括第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜，参考光路中光束经过第二反射镜、第三反射镜反射到等腰棱镜上，光束经等腰棱镜反射后通过第四反射镜进入二维光谱仪，参考光路沿光路依次设有第二反射镜、第三反射镜、等腰棱镜和第四反射镜。
本发明所述脉冲整形器为折叠式4f脉冲整形器，脉冲整形器包括光栅、第五反射镜、凹柱面反射镜、空间光调制器和折叠镜组成，进入样品光路的飞秒光束经过第一反射镜反射后，入射到脉冲整形器中的光栅上，光栅使飞秒光束色散，色散后的光束经过反射镜反射到凹柱面反射镜，凹柱面反射镜把光谱在空间横向二维展开，形成光谱的空间阵列分布。
本发明所述飞秒激光器为钛宝石飞秒激光器。
本发明所述于计算机通过运行相移全息算法提取光谱干涉条纹的光谱相位，并取其相反值与初始电场的乘积，代入到计算机运行的逆扩散算法中，计算机使用该信号作为反馈，对空间光调制器的不同区域进行控制。
一种对畸变飞秒激光脉冲同步聚焦整形控制方法，其特征在于包括以下步奏：
第一步，将激光器输出的光束入射到分光镜，入射光经分光镜分光后分别进入样品光路和参考光路；
第二步，在样品光路中光束经过第一反射镜反射后入射到脉冲整形器中的光栅上发生色散，色散后的光束经过反射镜反射到凹柱面反射镜，凹柱面反射镜把光谱在空间横向二维展开，形成光谱的空间阵列分布；光谱的空间阵列传播到空间光调制器经过折叠镜反射后，传播到凹柱面反射镜，经过反射镜和光栅后输出，经过第一会聚透镜后入射到散射样品，透过样品的散射光经过第二会聚透镜会聚输入到二维光谱仪；参考光路中光束经过第二反射镜、第三反射镜反射到等腰棱镜上，等腰棱镜将光束反射到第四反射镜，光束经过第四反射镜反射后输入到二维光谱仪；光束经过反射镜反射后输入到二维光谱仪；
第三步，二维光谱仪记录的参考光路和样品光系统两光束的空间-光谱干涉条纹；两光束的空间-光谱干涉条纹由计算机显示，计算机输出端和输入端分别与空间光调制器和二维光谱仪相连接；
第五步，计算机通过运行相移全息算法提取光谱干涉条纹的光谱相位，并取其相反值与初始电场的乘积，它与输入信号是相位共轭的，计算机对选择的相位翻转并通过计算机运行逆扩散算法对空间光调制器中波前的空间自由度进行控制。
申请人提出依据时间反演原理为基础编写光学逆扩散算法，采用相位共轭方法，运用傅里叶变换空间-光谱干涉技术对散射畸变飞秒激光脉冲进行测量，通过计算机运行光学逆扩散算法对空间光调制器中的不同区域的电压进行调节，从而对入射波前空间的自由度进行控制，对散射飞秒激光脉冲的空间畸变和时间畸变同时实现整形控制，同步实现飞秒激光脉冲的空间和时间聚焦。光学逆扩散算法优于传统的基因遗传算法，不需要像基因遗传算法那样进行繁琐的迭代，对空间自由度的控制最多只需几秒到几分钟的时间即可完成迭代。另外在这种方法中采用了折叠式4f脉冲整形器，这一整形器具有三方面的优势：一是采用了折叠结构，减少了光学元件，调节方便；二是采用了凹面柱面反射镜，避免了光通过会聚透镜时引入的色散；三更为重要的是采用凹柱面反射镜后，可以把光谱在空间横向二维展开，形成光谱的阵列分布，实现对光谱的空间分辨，实现了空间-光谱分辨整形，对信号沿光谱轴进行傅里叶变换可以得到飞秒信号的空间-时间分布。
附图说明
图1为本发明对飞秒激光脉冲的空间畸变和时间畸变同步进行整形控制系统构成示意图。
图2为脉冲整形器的结构示意图。
图3为二维光谱仪记录的横截面XY内散射光的空间分布。
图4为图3对应的三维分布图。
图5为用频率分辨光学开关装置对散射光的时间特性进行测量的测量结果。
图6为参考光路和样品光路两光束的空间-光谱干涉条纹。
图7为计算机通过运行相移全息算法提取光谱干涉条纹的光谱相位。
图8为二维光谱仪记录的运行光学逆扩散算法进行整形控制后的样品光在横截面XY内的分布图。
图9为图8对应的三维图。
图10为用频率分辨光学开关装置对光的时间特性进行测量的测量结果。
附图标记：钛宝石飞秒激光器1、分光镜2、样品光路3.1-8、参考光路3.2-8、二维光谱仪8、计算机9、样品光路3.1-8、第一反射镜3.1、脉冲整形器4、第一会聚透镜5.1、样品7、二维移动平台6.1、第二会聚透镜5.2、参考光路3.2-8、第二反射镜3.2、第三反射镜3.3、等腰棱镜10、第四反射镜3.4、二维移动平台6.2、光栅4.1、第五反射镜4.2、凹柱面反射镜4.3、空间光调制器4.4、 折叠镜4.5。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的说明：
激光器1输出的光束入射到分光镜2被分为两部分，一部分进入到样品光路3.1-8，另一部分进入参考光路3.2-8。
在样品光路3.1-8中光束经过第一反射镜3.1反射后入射到脉冲整形器4，脉冲整形器4出射的激光束经过第一会聚透镜5.1聚焦到样品7上，样品7固定在可移动的二维平台6.1上，二维平台6.1可在垂直于第一会聚透镜5.1光轴的方向移动。散射样品7把飞秒激光脉冲的时间完整性破坏，在时间上已经不再是一个完整的脉冲，激光脉冲变成复杂的空间-时间散斑，透过样品7出射的散射光经过第二会聚透镜5.2会聚输入到二维光谱仪8。
参考光路3.2-8中光束经过第二反射镜3.2、第三反射镜3.3反射到等腰棱镜10上，等腰棱镜10将光束反射到第四反射镜3.4，光束经过第四反射镜3.4反射后输入到二维光谱仪8。
二维光谱仪8记录参考光路3.2-8和样品光路3.1-8两光束的空间-光谱干涉条纹。
其中脉冲整形器4如图2所示，它由光栅4.1、第五反射镜4.2、凹柱面反射镜4.3、空间光调制器4.4、 折叠镜4.5组成。
进入样品光路3.1-8中的飞秒光束经过第一反射镜3.1反射后，入射到脉冲整形器4中的光栅4.1上，光栅4.1使飞秒光束色散，色散后的光束经过第五反射镜4.2反射到凹柱面反射镜4.3，凹柱面反射镜4.3把光谱在空间横向二维展开，形成光谱的空间阵列分布；光谱的空间阵列传播到空间光调制器4.4。计算机9与空间光调制器4.4和二维光谱仪8相连接。
二维光谱仪8记录的参考光路3.2-8和样品光路3.1-8两光束的空间-光谱干涉条纹并由计算机显示，计算机9通过运行相移全息算法提取光谱干涉条纹的光谱相位，并取其相反值与初始电场的乘积，代入到计算机9运行的逆扩散算法中，计算机9使用该信号作为反馈，对空间光调制器4的不同区域进行控制，从而对波前的空间自由度进行整形控制，在空间光调制器4.4中受到整形控制的光波经过折叠镜4.5反射后，传播到凹柱面反射镜4.3，经过第五反射镜4.2和光栅4.1后输出，经过第一会聚透镜5.1后入射到样品7，透过样品7的散射光经过第二会聚透镜5.2会聚输入到二维光谱仪8。实现对散射畸变飞秒激光脉冲的空间和时间的整形聚焦。
本发明根据时间反演原理，编写光学逆扩散算法；依据全息干涉原理编写相移全息算法。激光器1输出的光束入射到分光镜2被分为两部分，一部分进入到样品光路3.1-8，另一部分进入参考光路3.2-8。参考光路3.2-8中光束经过第二反射镜3.2、第三反射镜3.3反射到等腰棱镜10上，等腰棱镜10将光束反射到第四反射镜3.4，光束经过第四反射镜3.4反射后输入到二维光谱仪8。
为了说明该方法的有效性，对进入到样品光路3.1-8光分两次实施，第一次不经过脉冲整形器4，即不对飞秒脉冲进行整形控制，第二经过脉冲整形器4并采用该方法进行整形控制。
对进入到样品光路3.1-8光实施第一次操作，即样品光路3.1-8中光束经过第一反射镜3.1反射后由第一会聚透镜5.1聚焦后入射到样品7，透过样品7的散射光经过第二会聚透镜5.2会聚输入到二维光谱仪8。二维光谱仪8记录的横截面XY内散射光的空间分布如图3所示，图4为对应的三维分布，底面为横截面XY，纵向为强度分布，从图3和4可以看出，整形控制前的样品光形成了空间散斑。用频率分辨光学开关装置对散射光的时间特性进行测量，测量结果如图5所示，图中实线为激光器输出的脉冲，脉冲的时间宽度为23fs，虚线为样品散射后的脉冲，可以看出此时脉冲的时间完整性被破坏，在时间上已经不再是一个完整的脉冲，而是形成时域散斑。
对进入到样品光路3.1-8的光束实施第二次操作，即经过脉冲整形器4并整形控制。在样品光路3.1-8中光束经过第一反射镜3.1反射后入射到脉冲整形器4中的光栅4.1上发生色散，色散后的光束经过第五反射镜4.2反射到凹柱面反射镜4.3，凹柱面反射镜4.3把光谱在空间横向二维展开，形成光谱的空间阵列分布；光谱的空间阵列传播到空间光调制器4.4经过折叠镜4.5反射后，传播到凹柱面反射镜4.3，经过第五反射镜4.2和光栅4.1后输出，经过第一会聚透镜5.1后入射到样品7， 透过样品7的散射光经过第二会聚透镜5.2会聚输入到二维光谱仪8。
二维光谱仪8记录参考光路3.2-8和样品光路3.1-8两光束的空间-光谱干涉条纹并由计算机显示。二维光谱仪8记录的参考光路3.2-8和样品光系统3.1-8两光束的空间-光谱干涉条纹如图6所示；计算机9通过运行相移全息算法提取光谱干涉条纹的光谱相位，如图7所示。
计算机9与空间光调制器4.4和二维光谱仪8相连接。对测量的光谱相位取其相反值并与初始电场相乘，它与输入信号是相位共轭的，采用编写的程序对选择的相位翻转并通过计算机运行逆扩散算法对空间光调制器4.4中波前的空间自由度进行控制，在空间光调制器4.4中受到整形控制的光波经过折叠镜4.5反射后，传播到凹柱面反射镜4.3，经过第五反射镜4.2和光栅4.1后输出，经过第一会聚透镜5.1后入射到样品7，样品的散射光经过透镜5.2后输入到二维光谱仪8中。二维光谱仪8记录的运行光学逆扩散算法进行整形控制后的样品光在横截面XY内的分布如图8所示，9为对应的三维分布，底面为横截面XY，纵向为强度分布，从图8可以看出，样品散射光实现了空间聚焦；用频率分辨光学开关装置对光的时间特性进行测量，测量结果如图10所示，图中实线为激光器输出的脉冲，脉冲的时间宽度为23fs，虚线为运行光学逆扩散算法对波前空间自由度进行控制整形后的脉冲，脉冲的宽度为28fs。可以看出经过运行光学逆扩散算法后，实现了脉冲的时间聚焦。由图5的结果可以看出，实现了对飞秒激光脉冲空间畸变和时间畸变的同步整形控制。

Claims (7)

1.一种对畸变飞秒激光脉冲同步聚焦整形装置，包括飞秒激光器和分光镜，其特征在于激光器输出激光经分光镜分为的样品光路和参考光路，样品光路包括脉冲整形器、散射样品和会聚透镜，参考光路包括等腰棱镜和由反射镜组成的反射部，光分别经样品光路和参考光路进入二维光谱仪，二维光谱仪记录参考光路和样品光路两光束的空间-光谱干涉条纹，二维光谱仪输出端与计算机输入端相连接，计算机输出端与脉冲整形器输入端相连接，其中，所述参考光路中，光束进入等腰棱镜并经经等腰棱镜反射后进入二维光谱仪，分光镜与等腰棱镜之间、等腰棱镜与分光镜之间设有反射部；所述样品光路中光束入射到脉冲整形器，脉冲整形器出射的激光束经过会聚透镜聚焦到散射样品上，所述散射样品固定在可在垂直于会聚透镜光轴的方向移动的二维平台上，散射样品把飞秒激光脉冲的时间完整性破坏，在时间上已经不再是一个完整的脉冲，激光脉冲变成复杂的空间-时间散斑，透过样品出射的散射光经过会聚透镜会聚输入到二维光谱仪。
2.根据权利要求1所述一种对畸变飞秒激光脉冲同步聚焦整形装置，其特征在于样品光中设有第一反射镜，样品系统中光束经过第一反射镜镜反射后入射到脉冲整形器，沿样品光路依次设有第一反射镜、脉冲整形器、第一会聚透镜、样品和第二会聚透镜。
3.根据权利要求1所述的一种对畸变飞秒激光脉冲同步聚焦整形装置，其特征在于反射部包括第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜，参考光路中光束经过第二反射镜、第三反射镜反射到等腰棱镜上，光束经等腰棱镜反射后通过第四反射镜进入二维光谱仪，参考光路沿光路依次设有第二反射镜、第三反射镜、等腰棱镜和第四反射镜。
4.根据权利要求1所述的一种对畸变飞秒激光脉冲同步聚焦整形装置，其特征在于脉冲整形器为折叠式4f脉冲整形器，所述脉冲整形器包括光栅、第五反射镜、凹柱面反射镜、空间光调制器和折叠镜组成，进入样品光路的飞秒光束经过第一反射镜反射后，入射到脉冲整形器中的光栅上，光栅使飞秒光束色散，色散后的光束经过反射镜反射到凹柱面反射镜，凹柱面反射镜把光谱在空间横向二维展开，形成光谱的空间阵列分布。
5.根据权利要求1所述的一种对畸变飞秒激光脉冲同步聚焦整形装置，其特征在于飞秒激光器为钛宝石飞秒激光器。
6.根据权利要求1所述的一种对畸变飞秒激光脉冲同步聚焦整形装置，其特征在于计算机通过运行相移全息算法提取光谱干涉条纹的光谱相位，并取其相反值与初始电场的乘积，代入到计算机运行的逆扩散算法中，计算机使用该信号作为反馈，对空间光调制器的不同区域进行控制。
7.一种对畸变飞秒激光脉冲同步聚焦整形控制方法，其特征在于包括以下步奏：
第一步，将激光器输出的光束入射到分光镜，入射光经分光镜分光后分别进入样品光路和参考光路；
第二步，在样品光路中光束经过第一反射镜反射后入射到脉冲整形器中的光栅上发生色散，色散后的光束经过反射镜反射到凹柱面反射镜，凹柱面反射镜把光谱在空间横向二维展开，形成光谱的空间阵列分布；光谱的空间阵列传播到空间光调制器经过折叠镜反射后，传播到凹柱面反射镜，经过反射镜和光栅后输出，经过第一会聚透镜后入射到散射样品，透过样品的散射光经过第二会聚透镜会聚输入到二维光谱仪；参考光路中光束经过第二反射镜、第三反射镜反射到等腰棱镜上，等腰棱镜将光束反射到第四反射镜，光束经过第四反射镜反射后输入到二维光谱仪；光束经过反射镜反射后输入到二维光谱仪；
第三步，二维光谱仪记录的参考光路和样品光系统两光束的空间-光谱干涉条纹；两光束的空间-光谱干涉条纹由计算机显示，计算机输出端和输入端分别与空间光调制器和二维光谱仪相连接；
第五步，计算机通过运行相移全息算法提取光谱干涉条纹的光谱相位，并取其相反值与初始电场的乘积，它与输入信号是相位共轭的，计算机对选择的相位翻转并通过计算机运行逆扩散算法对空间光调制器中波前的空间自由度进行控制。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111061060A (zh) * 2019-12-29 2020-04-24 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种紧凑型时间整形系统
CN111736334A (zh) * 2020-06-22 2020-10-02 武汉市艾玻睿光电科技有限公司 一种基于空间光调制器实现复振幅光场调控的装置
CN112186475A (zh) * 2020-09-16 2021-01-05 飞秒激光研究中心（广州）有限公司 激光脉冲整形装置及方法、脉冲整形器、光学系统
CN113203700A (zh) * 2021-04-15 2021-08-03 北京大学 一种可见泵浦-红外探测二维光谱测量系统及方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101614876A (zh) * 2009-07-29 2009-12-30 中国人民解放军国防科学技术大学 一种光束任意整形新方法及装置
CN104280801A (zh) * 2014-09-27 2015-01-14 郑敏 任意结构衍射光学元件的制作方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101614876A (zh) * 2009-07-29 2009-12-30 中国人民解放军国防科学技术大学 一种光束任意整形新方法及装置
CN104280801A (zh) * 2014-09-27 2015-01-14 郑敏 任意结构衍射光学元件的制作方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AVID J. MCCABE ET AL.: "spatio-temporal focusing of an ultrafast pulse through a multiply scattering medium", 《NATURE COMMUNICATIONS》 *
REGINA GROTE AND HENNING FOUCKHARDT: "Microoptical and integrated optical fs/ps pulse shapers", 《OPTICS EXPRESS》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111061060A (zh) * 2019-12-29 2020-04-24 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种紧凑型时间整形系统
CN111736334A (zh) * 2020-06-22 2020-10-02 武汉市艾玻睿光电科技有限公司 一种基于空间光调制器实现复振幅光场调控的装置
CN111736334B (zh) * 2020-06-22 2022-03-29 武汉市艾玻睿光电科技有限公司 一种基于空间光调制器实现复振幅光场调控的装置
CN112186475A (zh) * 2020-09-16 2021-01-05 飞秒激光研究中心（广州）有限公司 激光脉冲整形装置及方法、脉冲整形器、光学系统
US11796846B2 (en) 2020-09-16 2023-10-24 Femtosecond Research Center Co., Ltd. Laser pulse shaping device and method, pulse shaper, and optical system
CN113203700A (zh) * 2021-04-15 2021-08-03 北京大学 一种可见泵浦-红外探测二维光谱测量系统及方法

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