CN111982313B - 一种超短脉冲激光远场焦斑时空-频率信息的获取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超短脉冲激光远场焦斑时空‑频率信息的获取方法，旨在解决现有的透射式放大成像系统的色差会导致放大成像的远场焦斑相对于靶点位置的远场焦斑分布发生变化的技术问题。本发明通过干涉成像光谱仪获取被测超短脉冲激光焦面位置处、至少一个正离焦位置处、至少一个负离焦位置处的干涉图像；再采用干涉光谱成像技术对每一个干涉图像分别处理得到相应的焦斑强度空间‑频率信息；基于获得的所有焦斑强度空间‑频率信息，通过相位恢复技术重构被测超短脉冲激光中每个频率下的远场焦斑空间相位二维信息；最后根据频率的大小顺序对获得的所有远场焦斑空间相位二维信息进行重构，获取超短脉冲激光远场焦斑相位的时空‑频率信息。

Description

一种超短脉冲激光远场焦斑时空-频率信息的获取方法
技术领域
本发明涉及一种超短脉冲激光远场焦斑时空-频率信息的获取方法。
背景技术
由于超短脉冲激光具有宽光谱特性，因此光束在传输过程中经过装置中的多件透射元件(特别是透镜元件)，会产生较大的色差。这种色差会使靶点的激光远场焦斑扩大到数倍衍射极限，这对于追求近衍射极限的激光焦斑很不利，同时残余色差的引入也降低了远场焦斑的会聚能力。对超短脉冲激光远场焦斑的精确测量是深入开展精密物理实验的前提，通过准确的测量结果形成对光束的进一步优化，从而逐步形成利于物理实验的最佳远场焦斑。因此，远场焦斑分布的精密诊断对于超短脉冲激光装置的性能优化、最终性能参数的评判，以及高功率物理实验，都具有十分重要的指导意义。
目前超短脉冲激光远场焦斑的测量方法主要是在靶球内利用反射式抛物面镜将光束会聚到靶点，然后通过透射式放大成像系统对靶点位置的远场焦斑进行直接放大成像测量。这种方法的缺点为：透射式放大成像系统的色差会导致放大成像的远场焦斑相对于靶点位置的远场焦斑分布发生变化。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的透射式放大成像系统的色差会导致放大成像的远场焦斑相对于靶点位置的远场焦斑分布发生变化的技术问题，而提供一种超短脉冲激光远场焦斑时空-频率信息的获取方法。由于部分相干光源的光谱在自由空间的传播途中也会发生改变，有时改变还相当可观，所以首先通过干涉光谱成像技术获取焦斑的光谱信息，然后再通过高分辨快收敛相位恢复技术反演获取超短脉冲激光多维时空分辨的远场焦斑信息。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种超短脉冲激光远场焦斑时空-频率信息的获取方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1)通过干涉成像光谱仪获取被测超短脉冲激光焦面位置处、至少一个正离焦位置处、至少一个负离焦位置处的干涉图像；
步骤2)采用干涉光谱成像技术对每一个干涉图像分别处理得到相应的焦斑强度空间-频率信息；
步骤3)基于获得的所有焦斑强度空间-频率信息，通过相位恢复技术重构被测超短脉冲激光中每个频率下的远场焦斑空间相位二维信息；
步骤4)根据所述频率的大小顺序对获得的所有远场焦斑空间相位二维信息进行重构，获取超短脉冲激光远场焦斑相位的时空-频率信息。
进一步地，步骤2)具体为：
采用卷积法对获取的干涉图像进行相位修正，消除干涉图像的相位误差，再通过快速傅里叶变换法获取焦斑强度空间-频率信息。
进一步地，步骤1)中所述的干涉成像光谱仪包括沿光路依次设置的干涉仪和CCD；
所述干涉仪用于获取超短脉冲激光的干涉条纹；
所述CCD用于对获取的干涉条纹进行成像获取干涉图像。
进一步地，所述干涉仪包括分束镜、反射镜以及相移器；
所述分束镜将被测超短脉冲激光进行分束形成反射光和透射光；
所述反射镜和相移器分别设置于反射光路和透射光路上。
进一步地，所述的干涉成像光谱仪还包括汇聚反射镜；
所述汇聚反射镜设置于干涉仪的光路入口处，用于对被测超短脉冲激光进行汇聚并反射。
进一步地，所述干涉成像光谱仪设置于平移台上，使得所述干涉成像光谱仪可通过平移台移动获取不同位置处的干涉图像。
本发明的有益效果是：
本发明所提超短脉冲激光远场焦斑时空-频率信息的获取方法，能够获得超短脉冲激光多维时空分辨的焦斑信息，并避免传统的透射式放大成像系统的色差对远场焦斑分布的影响，从而将准确的焦斑信息反馈给激光装置，进一步优化激光装置，获得更加理想的焦斑形貌。
附图说明
图1是本发明一种超短脉冲激光远场焦斑时空-频率信息的获取方法的原理图；
图2是本发明中干涉成像光谱仪设置于平移台上的结构示意图(入射光为汇聚光)；
图3是本发明中另一种干涉成像光谱仪设置于平移台上的结构示意图(入射光为平行光)；
附图说明：
1-分束镜，2-反射镜，3-相移器，4-平移台，5-汇聚反射镜。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种超短脉冲激光远场焦斑时空-频率信息的获取方法作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。
本发明一种超短脉冲激光远场焦斑时空-频率信息的获取方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1)通过干涉成像光谱仪获取被测超短脉冲激光焦面位置处、至少一个正离焦位置处、至少一个负离焦位置处的干涉图像；
以图2中汇聚光入射进行说明；入射光(即被测超短脉冲激光)被分光镜1分为反射光和透射光两部分，反射光经过反射镜2反射后透过分光镜1到达CCD；透射光经过相移器3的反射后，再经过分光镜1的反射进入CCD；反射光束和透射光束在CCD上产生干涉图像，如果入射光(即被测超短脉冲激光)为平行光，则如图3所示，先采用汇聚反射镜5对入射光进行汇聚并将其反射至分光镜1；
获取不同位置处的干涉图像则需要沿着入射光的光轴方向移动干涉成像光谱仪，因此本发明将干涉成像光谱仪设置于平移台4上，通过平移台4移动干涉成像光谱仪，从而获得不同位置处的干涉图像；
步骤2)采用干涉光谱成像技术对每一个干涉图像分别处理得到相应的焦斑强度空间-频率信息(即光谱数据立方体)；
该步骤具体为：采用卷积法对获取的干涉图像进行相位修正，消除干涉图像的相位误差，再通过快速傅里叶变换法获取焦斑强度空间-频率信息；
步骤3)基于获得的所有焦斑强度空间-频率信息，通过相位恢复技术重构被测超短脉冲激光中每个频率下的远场焦斑空间相位二维信息；
步骤4)根据所述频率的大小顺序对获得的所有远场焦斑空间相位二维信息进行重构，获取超短脉冲激光远场焦斑相位的时空-频率信息。
本发明的干涉成像光谱仪优选为沿光路依次设置的干涉仪和CCD；
所述干涉仪用于获取超短脉冲激光的干涉条纹，具体包括分束镜1、反射镜2以及相移器3；分束镜1将被测超短脉冲激光进行分束形成反射光和透射光；反射镜2和相移器3分别设置于反射光路和透射光路上。
所述CCD用于对获取的干涉条纹进行成像获取干涉图像。
当入射光为平行光时，则在干涉仪的光路入口处设置汇聚反射镜5，用于对被测超短脉冲激光进行汇聚并反射。

Claims (4)

1.一种超短脉冲激光远场焦斑时空-频率信息的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)通过干涉成像光谱仪获取被测超短脉冲激光焦面位置处、至少一个正离焦位置处、至少一个负离焦位置处的干涉图像；所述干涉成像光谱仪包括沿光路依次设置的干涉仪和CCD；所述干涉仪用于获取超短脉冲激光的干涉条纹；所述CCD用于对获取的干涉条纹进行成像，获取干涉图像；
步骤2)采用干涉光谱成像技术对每一个干涉图像分别处理得到相应的焦斑强度空间-频率信息；具体为：采用卷积法对获取的干涉图像进行相位修正，消除干涉图像的相位误差，再通过快速傅里叶变换法获取焦斑强度空间-频率信息；
步骤3)基于获得的所有焦斑强度空间-频率信息，通过相位恢复技术重构被测超短脉冲激光中每个频率下的远场焦斑空间相位二维信息；
步骤4)根据所述频率的大小顺序对获得的所有远场焦斑空间相位二维信息进行重构，获取超短脉冲激光远场焦斑相位的时空-频率信息。
2.根据权利要求1所述的一种超短脉冲激光远场焦斑时空-频率信息的获取方法，其特征在于：
所述干涉仪包括分束镜(1)、反射镜(2)以及相移器(3)；
所述分束镜(1)将被测超短脉冲激光进行分束形成反射光和透射光；
所述反射镜(2)和相移器(3)分别设置于反射光路和透射光路上。
3.根据权利要求2所述的一种超短脉冲激光远场焦斑时空-频率信息的获取方法，其特征在于：所述的干涉成像光谱仪还包括汇聚反射镜(5)；
所述汇聚反射镜(5)设置于干涉仪的光路入口处，用于对被测超短脉冲激光进行汇聚并反射。
4.根据权利要求3所述的一种超短脉冲激光远场焦斑时空-频率信息的获取方法，其特征在于：所述干涉成像光谱仪设置于平移台(4)上，使得所述干涉成像光谱仪可通过平移台(4)移动获取不同位置处的干涉图像。
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