CN114562955B - 一种时空分辨的瞬态面型干涉检测系统及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种时空分辨的瞬态面型干涉检测系统及检测系统，该方法通过分光将多偏振态集成测量光路和压缩感知测量光路结合起来得到时空分辨检测结果，通过四个偏振片和探测器获取去除直流项和后向散射虚像的面型，通过引入啁啾参考光和光栅获取不同时刻的空间信息以便结合压缩感知计算出不同时刻的面型信息。本发明可以将时空耦合的面型数据解耦，完成时空分辨的检测，为等离子体实验的开展与激光系统性能提升提供保障，具有设计方法简单、高效等优点。

Description

一种时空分辨的瞬态面型干涉检测系统及检测方法
技术领域
本发明涉及等离子体实验技术领域，具体为一种时空分辨的瞬态面型干涉检测方法。
背景技术
随着激光技术的发展，瞬态面型测量技术越来越多的应用于高功率激光系统中，如等离子体镜测量、飞秒激光时空特性测量等。其检测原理为激光干涉，瞬态面型测量的时间精度是由激光脉宽决定的。检测随着时间精度的不同应用不同脉宽的激光器，如重频激光器、飞秒激光器等。
发明内容
本发明的目的在于提出一种时空分辨的瞬态面型干涉检测方法，解决飞秒激光宽频带宽引起的色差和多发次间测量不稳定的问题，为最终等离子体实验开展与激光系统性能提升提供保障。
为了实现上述目的，本发明提供一种时空分辨的瞬态面型干涉检测系统，所述检测系统包括两部分，第一部分为空间分辨的多偏振态集成测量系统，第二部分为时间分辨的压缩感知面型测量系统；
所述检测系统包括分光镜、合束镜、分光片、平面镜、偏振片、第一探测器、空间光调制器、光栅以及第二探测器；
其中，在多偏振态集成测量系统中，待测面型反射光照射在分光镜上，分为第一光路和第二光路，所述第一光路经过若干分光片和平面镜构成的分光系统后，形成四路检测光路，所述四路检测光路分别照射在四个不同的偏振片上，再通过四个第一探测器获取不同调制位相下同一被测光的强度；
在时间分辨的压缩感知面型测量系统中，引入飞秒啁啾参考光所述第二光路与啁啾参考光在合束镜处合成一路光线，再经所述空间光调制器、光栅以及第二探测器构成标定光路。
进一步的，所述分光系统包含3个分光片和2个平面镜，其中1个分光片为交点，与其余2个分光片形成的直线垂直相交，所述2个平面镜分别位于远离交点分光片的2个分光片的上方。
基于上述时空分辨的瞬态面型干涉检测系统，本申请还提供检测方法，所述检测方法包括以下内容：
利用分光镜和反射镜将待测面型反射光分为四路检测光路，利用分光镜和合束镜将所述待测面型反射光与一路参考啁啾光合为标定光路；
所述四路检测光路为针对中心波长的0,π/2,π,3π/2位相，通过多探测器获取不同调制位相下同一被测光的强度Ii,i＝1,2,3,4；
在进行条纹解析时，结合四步相移算法，在进行位相反演时去除非相干光形成的直流项和后向散射虚像，去除直流项和后向散射虚像的干涉检测结果表示为ΔW(x,y)，可以表示为：
Figure BDA0003486076710000021
将不同频率成分的啁啾参考光和待测面型反射光投影到不同空间位置y，y为M×1的一维测量信号，重构出不同频率成分的干涉全息图。
进一步的，所述重构出不同频率成分的干涉全息图具体为：Φ为M×N的测量矩阵，分别提取等离子体上不同时刻临界密度面的面形信息ΔW(x,t)，ΔW(x,t)为N×1维原始信号；结合压缩感知原理，利用测量所得的空间位置y和测量矩阵Φ，求解欠定方程组y＝Φx得到原始信号ΔW(x,t)。
有益效果
通过上述系统及检测方法，可完成高时空分辨的瞬态面型干涉检测，为等离子体实验开展与性能提升提供技术保障。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明
图1为时空分辨的瞬态面型检测光路总体示意图；
图2为空间分辨的多偏振态集成测量光路示意图；
图3为时间分辨的压缩感知测量光路示意图。
具体实施方式
下面通过借助实例更加详细地说明本发明。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种时空分辨的瞬态面型干涉检测系统，所述检测系统包括两部分，第一部分为空间分辨的多偏振态集成测量系统，第二部分为时间分辨的压缩感知面型测量系统；
所述检测系统包括分光镜、合束镜、分光片、平面镜、偏振片、第一探测器、空间光调制器、光栅以及第二探测器；
其中，如图2所示，在多偏振态集成测量系统中，待测面型反射光照射在分光镜上，分为第一光路和第二光路，所述第一光路经过若干分光片和平面镜构成的分光系统后，形成四路检测光路，所述四路检测光路分别照射在四个不同的偏振片上，再通过四个第一探测器获取不同调制位相下同一被测光的强度；
在时间分辨的压缩感知面型测量系统中，引入飞秒啁啾参考光所述第二光路与啁啾参考光在合束镜处合成一路光线，再经所述空间光调制器、光栅以及第二探测器构成标定光路。
进一步的，所述分光系统包含3个分光片和2个平面镜，其中1个分光片为交点，与其余2个分光片形成的直线垂直相交，所述2个平面镜分别位于远离交点分光片的2个分光片的上方。
利用分光镜和反射镜将参考啁啾光分为5路，总体检测与标定光路如图1所示。总体检测与标定系统分为2部分，其一为空间分辨的多偏振态集成测量光路，其二为时间分辨的压缩感知面型测量光路。
实施例2
基于上述时空分辨的瞬态面型干涉检测系统，本申请还提供检测方法，所述检测方法包括以下内容：
利用分光镜和反射镜将待测面型反射光分为四路检测光路，利用分光镜和合束镜将所述待测面型反射光与一路参考啁啾光合为标定光路；
所述四路检测光路为针对中心波长的0,π/2,π,3π/2位相，通过多探测器获取不同调制位相下同一被测光的强度Ii,i＝1,2,3,4；
在进行条纹解析时，结合四步相移算法，在进行位相反演时去除非相干光形成的直流项和后向散射虚像，去除直流项和后向散射虚像的干涉检测结果表示为ΔW(x,y)，可以表示为：
Figure BDA0003486076710000041
将不同频率成分的啁啾参考光和待测面型反射光投影到不同空间位置y，y为M×1的一维测量信号，重构出不同频率成分的干涉全息图。
多偏振态集成测量光路用于获取高空间分辨率的干涉检测结果。时间分辨的面型测量光路用于获取高时间分辨率的干涉检测结果。将两部分测量结果的1维空间结构对应后，即可综合获取瞬态面型的时间和2维空间结构，即为时空分辨的瞬态面型干涉检测结果。
在多偏振态集成测量光路中，在四路光的探测器前分别添加四个偏振片，创造针对中心波长的0,π/2,π,3π/2位相，通过多探测器获取不同调制位相下同一被测光的强度Ei,i＝1,2,3,4，如图2所示。
在进行条纹解析时，结合四步相移算法，即可在进行位相反演时去除非相干光形成的直流项和后向散射虚像。去除直流项和后向散射虚像的干涉检测结果表示为ΔW(x,y)，可以表示为：
Figure BDA0003486076710000042
在时间分辨的压缩感知面型测量光路中，引入飞秒啁啾参考光，结合测试光，引入光栅，让光栅将不同频率成分的啁啾参考光和测试光投影到不同空间位置y，y为M×1的一维测量信号，如图3所示。
重构不同频率成分的干涉全息图，Φ为M×N的测量矩阵(M＜N)，分别提取等离子体上不同时刻临界密度面的面形信息ΔW(x,t)，ΔW(x,t)为N×1维原始信号。结合压缩感知原理，利用测量所得的空间位置y和测量矩阵Φ，求解欠定方程组y＝Φx得到原始信号ΔW(x,t)。
ΔW(x,y)为空间分辨的面型检测结果，ΔW(x,t)为随时间变化的飞秒量级面型检测结果。综合后即可得到瞬态面型的时空分辨干涉测量结果。
上述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和调整，这些改进和调整也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种时空分辨的瞬态面型干涉检测系统，其特征在于，所述检测系统包括两部分，第一部分为空间分辨的多偏振态集成测量系统，第二部分为时间分辨的压缩感知面型测量系统；
所述检测系统包括分光镜、合束镜、分光片、平面镜、偏振片、第一探测器、空间光调制器、光栅以及第二探测器；
其中，在多偏振态集成测量系统中，待测面型反射光照射在分光镜上，分为第一光路和第二光路，所述第一光路经过若干分光片和平面镜构成的分光系统后，形成四路检测光路，所述四路检测光路分别照射在四个不同的偏振片上，再通过四个第一探测器获取不同调制位相下同一被测光的强度；
在时间分辨的压缩感知面型测量系统中，引入飞秒啁啾参考光所述第二光路与啁啾参考光在合束镜处合成一路光线，再经所述空间光调制器、光栅以及第二探测器构成标定光路。
2.根据权利要求1所述的一种时空分辨的瞬态面型干涉检测系统，其特征在于，所述分光系统包含3个分光片和2个平面镜，其中1个分光片为交点，与其余2个分光片形成的直线垂直相交，所述2个平面镜分别位于远离交点分光片的2个分光片的上方。
3.根据权利要求1所述的一种时空分辨的瞬态面型干涉检测系统的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下内容：
利用分光镜和反射镜将待测面型反射光分为四路检测光路，利用分光镜和合束镜将所述待测面型反射光与一路参考啁啾光合为标定光路；
所述四路检测光路为针对中心波长的0,π/2,π,3π/2位相，通过多探测器获取不同调制位相下同一被测光的强度Ii,i＝1,2,3,4；
在进行条纹解析时，结合四步相移算法，在进行位相反演时去除非相干光形成的直流项和后向散射虚像，去除直流项和后向散射虚像的干涉检测结果表示为ΔW(x,y)，可以表示为：
Figure FDA0003486076700000011
将不同频率成分的啁啾参考光和待测面型反射光投影到不同空间位置y，y为M×1的一维测量信号，重构出不同频率成分的干涉全息图。
4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述重构出不同频率成分的干涉全息图具体为：Φ为M×N的测量矩阵，分别提取等离子体上不同时刻临界密度面的面形信息ΔW(x,t)，ΔW(x,t)为N×1维原始信号；结合压缩感知原理，利用测量所得的空间位置y和测量矩阵Φ，求解欠定方程组y＝Φx得到原始信号ΔW(x,t)。
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