CN114414073B - 一种超短脉冲激光系统中光谱相位的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超短脉冲激光系统中光谱相位的测量方法，属于超短脉冲激光技术领域，将待测超短脉冲激光分束形成小口径光束子束、大口径光束子束、第一参考光和第二参考光，将小口径光束子束与第一参考光进行空间光谱干涉，获取小口径光束子束的光谱相位，将大口径光束子束与第二参考光进行空间光谱干涉，获取大口径光束子束的光谱相位，根据小口径光束子束和大口径光束子束的光谱相位获取待测超短脉冲激光的光谱相位，本发明能够降低激光系统结构复杂程度，测量方便，简单高效，实用性强，有利于在超短脉冲激光系统中实际应用。
Description
技术领域
本发明属于超短脉冲激光技术领域，具体地说涉及一种超短脉冲激光系统中光谱相位的测量方法。
背景技术
超短超强脉冲激光具有极短脉宽和超高峰值功率，在强场物理、高能量密度物理、实验室天体物理等方面有重要应用。啁啾脉冲放大技术是产生超短超强脉冲激光的重要手段，通过对超短脉冲种子源进行展宽-放大-压缩来获取高峰值功率的超短脉冲激光。为获取极限脉冲输出，超短脉冲激光种子源在展宽过程中引入的色散以及在光路传输过程中其他元件引入的色散需要在压缩过程中被有效补偿。因此，在超短脉冲激光系统中，需要测量光束的光谱相位。
从超短脉冲激光种子源分出小部分光作为参考光，剩余的大部分光为信号光通过全光路进行放大，将参考光传输至信号光末端处后可以利用参考光来获得信号光的光谱相位。参见Yanlei Zuo等人的《Alignment of a petawatt-class pulse compressor withthe third-order dispersion completely compensated》，A.P.Kovács等人的《Dispersion control of a pulse stretcher–compressor system with two-dimensional spectral interferometry》。在大型超短脉冲激光系统中，光束传输链路通常很长，这意味着参考光也需要传输很长距离，增加了激光系统的布局难度。同时，为了避免光学元件损伤，信号光末端口径很大，通常为数百毫米口径，若是直接测量该信号光的光谱相位，需要对信号光进行缩束，测量光路结构复杂。此外，超短脉冲激光系统中通常设置可编程声光色散滤波器，通过该器件的光是不可逆的，因此无法通过在焦点附近放置一球面反射镜将光原路返回的方式在种子源附近对信号光进行测量。
发明内容
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种超短脉冲激光系统中光谱相位的测量方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种超短脉冲激光系统中光谱相位的测量方法，包括以下步骤：
S100、将待测超短脉冲激光分束形成小口径光束子束、大口径光束子束、第一参考光和第二参考光；
S200、将小口径光束子束与第一参考光进行空间光谱干涉，获取小口径光束子束的光谱相位；
S300、将大口径光束子束与第二参考光进行空间光谱干涉，获取大口径光束子束的光谱相位；
S400、根据小口径光束子束和大口径光束子束的光谱相位获取待测超短脉冲激光的光谱相位。
进一步，待测超短脉冲激光依次传输经过小口径放大链路、大口径放大链路后，经离轴抛物面反射镜实现聚焦，所述小口径放大链路中设置可编程声光色散滤波器。
进一步，步骤S100中，待测超短脉冲激光在小口径放大链路之前分束形成第一反射光和第一透射光，所述第一反射光作为第一参考光，所述第一透射光传输经过小口径放大链路并在大口径放大链路之前分束形成第二反射光和第二透射光，所述第二反射光作为小口径光束子束，所述第二透射光传输至大口径放大链路。
进一步，步骤S200中，所述第一参考光、小口径光束子束分别传输至第一光栅光谱仪，将小口径光束子束与第一参考光进行空间光谱干涉，获取小口径光束子束的光谱相位。
进一步，步骤S200中，所述小口径光束子束的传输链路中设置第一延时调节单元，以控制小口径光束子束的传输光程，使小口径光束子束与第一参考光在第一光栅光谱仪中产生空间光谱干涉。
进一步，步骤S300中，在待测超短脉冲激光的焦点附近设置球面反射镜，所述第二透射光沿原光路返回，并在小口径放大链路与大口径放大链路之间分束形成第三反射光，所述第三反射光作为大口径光束子束。
进一步，步骤S300中，所述小口径光束子束在传输至第一光栅光谱仪之前分束形成第四反射光和第四透射光，所述第四反射光传输至第一光栅光谱仪，所述第四透射光作为第二参考光。
进一步，步骤S300中，所述第二参考光、大口径光束子束分别传输至第二光栅光谱仪，将大口径光束子束与第二参考光进行空间光谱干涉，获取大口径光束子束的光谱相位。
进一步，步骤S300中，所述大口径光束子束的传输链路中设置第二延时调节单元，以控制大口径光束子束的传输光程，使大口径光束子束与第二参考光在第二光栅光谱仪中产生空间光谱干涉。
进一步，所述待测超短脉冲激光的光谱相位为小口径光束子束和大口径光束子束的光谱相位之和。
进一步，所述大口径光束子束的传输链路上设置光阑，获取小口径光束子束的光谱相位时，关闭光阑，挡住大口径光束子束，获取大口径光束子束的光谱相位时，打开光阑，通过大口径光束子束。
进一步，步骤S200与步骤S300的顺序可互换。
进一步，所述第一延时调节单元包括呈直角设置的两块反射镜，且第一延时调节单元位于电控平移台上。
进一步，所述第一延时调节单元与第二延时调节单元的结构相同。
本发明的有益效果是：
1、第一参考光和第二参考光不需要传输很长的光程，降低了系统布局难度。
2、在大口径光束子束的传输链路上不需要额外搭建缩束光路，进一步降低了系统结构复杂程度。
3、测量方便，简单高效，实用性强，有利于在超短脉冲激光系统中实际应用。
4、利用光阑使小口径光束子束和大口径光束子束在测量光谱相位时不产生干扰，提高测量准确度。
附图说明
图1是超短脉冲激光系统中光谱相位的测量光路示意图；
图2为小口径光束子束的光谱相位测量光路示意图；
图3为大口径光束子束的光谱相位测量光路示意图。
附图中：1-振荡器、2-小口径放大链路、3-大口径放大链路、4-离轴抛物面反射镜、5-球面反射镜、6-第一光栅光谱仪、7-第二光栅光谱仪、8-第一分光元件、9-第三分光元件、10-第一延时调节单元、11-第四分光元件、12-第二分光元件、13-第一反射镜、14-第二延时调节单元、15-第二反射镜、16-第三反射镜、17-光阑。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
实施例一：
一种超短脉冲激光系统中光谱相位的测量方法，包括以下步骤：
S100、将待测超短脉冲激光分束形成小口径光束子束、大口径光束子束、第一参考光和第二参考光；
S200、将小口径光束子束与第一参考光进行空间光谱干涉，获取小口径光束子束的光谱相位；
S300、将大口径光束子束与第二参考光进行空间光谱干涉，获取大口径光束子束的光谱相位；
S400、根据小口径光束子束和大口径光束子束的光谱相位获取待测超短脉冲激光的光谱相位。
待测超短脉冲激光的传输链路为依次传输经过小口径放大链路、大口径放大链路后，经离轴抛物面反射镜实现聚焦，所述小口径放大链路中设置可编程声光色散滤波器。
步骤S100中，待测超短脉冲激光在小口径放大链路之前分束形成第一反射光和第一透射光，所述第一反射光作为第一参考光，所述第一透射光传输经过小口径放大链路并在大口径放大链路之前分束形成第二反射光和第二透射光，所述第二反射光作为小口径光束子束，所述第二透射光传输至大口径放大链路。
步骤S200中，所述第一参考光、小口径光束子束分别传输至第一光栅光谱仪，将小口径光束子束与第一参考光进行空间光谱干涉，获取小口径光束子束的光谱相位。
所述小口径光束子束的传输链路中设置第一延时调节单元，以控制小口径光束子束的传输光程，使小口径光束子束与第一参考光在第一光栅光谱仪中产生空间光谱干涉。
步骤S300中，在待测超短脉冲激光的焦点附近设置球面反射镜，所述第二透射光沿原光路返回，并在小口径放大链路与大口径放大链路之间分束形成第三反射光，所述第三反射光作为大口径光束子束。所述小口径光束子束在传输至第一光栅光谱仪之前分束形成第四反射光和第四透射光，所述第四反射光传输至第一光栅光谱仪，所述第四透射光作为第二参考光。所述第二参考光、大口径光束子束分别传输至第二光栅光谱仪，将大口径光束子束与第二参考光进行空间光谱干涉，获取大口径光束子束的光谱相位。
所述大口径光束子束的传输链路中设置第二延时调节单元，以控制大口径光束子束的传输光程，使大口径光束子束与第二参考光在第二光栅光谱仪中产生空间光谱干涉。
所述待测超短脉冲激光的光谱相位为小口径光束子束和大口径光束子束的光谱相位之和，发明人采用“一分为二、化整为子”的构思，按照传输链路将待测超短脉冲激光分成两个子束，包括小口径光束子束和大口径光束子束，小口径光束子束的传输链路中设置可编程声光色散滤波器，将小口径光束子束与第一参考光进行空间光谱干涉获取小口径光束子束的光谱相位，在焦点附近放置球面反射镜，将光束沿原光路返回形成大口径光束子束，将大口径光束子束与第二参考光进行空间光谱干涉，获取大口径光束子束的光谱相位，根据两个子束的光谱相位来获取整条光束的光谱相位。由于第一参考光和第二参考光不需要传输很长的光程，降低了系统布局难度。同时，在大口径光束子束的传输链路上不需要额外搭建缩束光路，进一步降低了系统结构复杂程度。测量方便，简单高效，实用性强，有利于在超短脉冲激光系统中实际应用。
此外，所述大口径光束子束的传输链路上设置光阑，获取小口径光束子束的光谱相位时，关闭光阑，挡住大口径光束子束，获取大口径光束子束的光谱相位时，打开光阑，通过大口径光束子束，因此，步骤S200与步骤S300的顺序可互换。
所述第一延时调节单元与第二延时调节单元均采用光学领域较为成熟的延时器，本实施例中，第一延时调节单元与第二延时调节单元的结构相同。以第一延时调节单元为例，其包括呈直角设置的两块反射镜，且第一延时调节单元位于电控平移台上。
实施例二：
如图1和图2所示，将振荡器1输出的待测超短脉冲激光利用第一分光元件8进行分光形成第一反射光和第一透射光，第一反射光为第一参考光，参考光经过第三分光元件9后进入到第一光栅光谱仪6。第一透射光依次通过小口径放大链路2、大口径放大链路3后，经离轴抛物面反射镜4聚焦，所述小口径放大链路2中设置可编程声光色散滤波器。在小口径放大链路2和大口径放大链路3之间放置第二分光元件12形成第二反射光和第二透射光，第二反射光即为小口径光束子束，小口径光束子束经过由两块反射镜组成的第一延时调节单元10、第四分光元件11和第三分光元件9后进入到第一光栅光谱仪6中。
如图1和图3所示，小口径光束子束经过第四分光元件11形成第四反射光和第四透射光，所述第四反射光传输至第一光栅光谱仪6，所述第四透射光作为第二参考光。第二透射光通过大口径放大链路3后，经离轴抛物面反射镜4聚焦。在焦点后放置球面反射镜5，将聚焦后的光束沿原光路返回，当光返回传输第二分光元件12处形成第三反射光和第三透射光，第三反射光依次经过第一反射镜13、由两块反射镜组成的第二延时调节单元14、第二反射镜15、第三反射镜16和第四分光元件11后进入到第二光栅光谱仪7。
利用第一延时调节单元10使小口径光束子束与第一参考光在第一光栅光谱仪6中产生空间光谱干涉，利用第二延时调节单元14使大口径光束子束与第二参考光在第二光栅光谱仪7中产生空间光谱干涉。
为了简化测量光路，方便操作，将小口径光束子束和大口径光束子束的光谱相位测量光路进行了合并优化，如图1所示。测量光路进行合并优化后，为了使小口径光束子束和大口径光束子束在测量光谱相位时不产生干扰，在光路中增加了光阑17。在对小口径光束子束进行测量时，关闭光阑17，挡住返回的大口径光束子束，在对大口径光束子束进行测量时，打开光阑17，让返回的大口径光束子束顺利通过。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (7)
1.一种超短脉冲激光系统中光谱相位的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100、将待测超短脉冲激光分束形成小口径光束子束、大口径光束子束、第一参考光和第二参考光；
待测超短脉冲激光在小口径放大链路之前分束形成第一反射光和第一透射光，所述第一反射光作为第一参考光，所述第一透射光传输经过小口径放大链路并在大口径放大链路之前分束形成第二反射光和第二透射光，所述第二反射光作为小口径光束子束，所述第二透射光传输至大口径放大链路；
S200、将小口径光束子束与第一参考光进行空间光谱干涉，获取小口径光束子束的光谱相位；
S300、将大口径光束子束与第二参考光进行空间光谱干涉，获取大口径光束子束的光谱相位；
在待测超短脉冲激光的焦点附近设置球面反射镜，所述第二透射光沿原光路返回，并在小口径放大链路与大口径放大链路之间分束形成第三反射光，所述第三反射光作为大口径光束子束，所述小口径光束子束在传输至第一光栅光谱仪之前分束形成第四反射光和第四透射光，所述第四反射光传输至第一光栅光谱仪，所述第四透射光作为第二参考光；
S400、根据小口径光束子束和大口径光束子束的光谱相位获取待测超短脉冲激光的光谱相位。
2.根据权利要求1所述的一种超短脉冲激光系统中光谱相位的测量方法，其特征在于，待测超短脉冲激光依次传输经过小口径放大链路、大口径放大链路后，经离轴抛物面反射镜实现聚焦，所述小口径放大链路中设置可编程声光色散滤波器。
3.根据权利要求2所述的一种超短脉冲激光系统中光谱相位的测量方法，其特征在于，步骤S200中，所述第一参考光、小口径光束子束分别传输至第一光栅光谱仪进行空间光谱干涉，获取小口径光束子束的光谱相位。
4.根据权利要求3所述的一种超短脉冲激光系统中光谱相位的测量方法，其特征在于，步骤S200中，所述小口径光束子束的传输链路中设置第一延时调节单元。
5.根据权利要求1所述的一种超短脉冲激光系统中光谱相位的测量方法，其特征在于，步骤S300中，所述第二参考光、大口径光束子束分别传输至第二光栅光谱仪进行空间光谱干涉，获取大口径光束子束的光谱相位，所述大口径光束子束的传输链路中设置第二延时调节单元。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种超短脉冲激光系统中光谱相位的测量方法，其特征在于，所述待测超短脉冲激光的光谱相位为小口径光束子束和大口径光束子束的光谱相位之和。
7.根据权利要求6所述的一种超短脉冲激光系统中光谱相位的测量方法，其特征在于，所述大口径光束子束的传输链路上设置光阑，且步骤S200与步骤S300的顺序可互换。
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|---|---|
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