[发明专利]一种诊断超短脉冲聚焦场时空分布特性的方法

说明书

本发明公开了一种诊断超短脉冲聚焦场时空分布特性的方法，属于超短激光技术领域，超短脉冲激光经半透半反镜分光后的透射光作为信号光，经半透半反镜反射后的光作为参考光，信号光和参考光分别通过各自光路成像得到干涉图案，根据干涉图案获得采样点处的信号脉冲相对于参考光的时间延迟，利用微位移平台的二维扫描获得对于水平和垂直方向上的采样，从而获得信号光聚焦场在水平和垂直两个方向上的时空分布；该方法是目前唯一可以进行聚焦场时空分布特性诊断的技术，从而对于相应物理实验的预先设计以及物理实验的图像的理解提供帮助。

技术领域

本发明属于超短超强激光技术领域，具体涉及一种诊断超短脉冲聚焦场时空分布特性的方法。

背景技术

目前超强超短脉冲激光已经成为强场物理、高能量密度物理研究的重要工具，研究人员通过聚焦短脉冲激光可以获得极高的电场和功率密度。然而，由于超短、超强激光系统中大口径透镜（用于空间滤波、像传递）的存在，使得最终聚焦场的时空分布远远偏离理想情况，这将显著影响强场物理或高能量密度物理实验的结果，因此，获得超短脉冲激光装置的聚焦场的实际时空分布信息，对于相应物理实验的预先设计以及物理实验的图像的理解都无疑具有重要意义。

到目前为止，还没有任何一种技术可以用于诊断聚焦场的时空分布。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种诊断超短脉冲聚焦场时空分布特性的方法，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种诊断超短脉冲聚焦场时空分布特性的方法，包括以下步骤：

（1）信号光成像，其光路为：超短脉冲激光经第一半透半反镜分光后的透射光作为待测信号光，所述待测信号光经透镜组扩束后聚焦，然后通过单模光纤采样，耦合后的光再经第一准直透镜输出，最后经第三平面反射镜反射以及第二半透半反镜透射后，其透射光入射到成像光谱仪中进行成像；

（2）参考光成像，其光路为：超短脉冲激光经第一半透半反镜分光后的反射光作为参考光，所述参考光经第一反射镜反射后原路返回第一半透半反镜，再经第二反射镜反射后由消色差透镜聚焦到单模光纤，然后经第二准直透镜准直后由第二半透半反镜透射反射后，其反射光入射到成像光谱仪中进行成像，得到干涉图案；

（3）根据所述成像光谱仪采集到的干涉图案获得采样点处的待测信号光相对于参考光的时间延迟，利用微位移平台的二维扫描获得对于水平和垂直方向上的采样，从而获得信号光聚焦场在水平和垂直两个方向上的时空分布。

作为优选的技术方案：步骤（1）和（2）所述超短脉冲激光由钛宝石激光振荡器产生。

作为优选的技术方案：步骤（1）中的透镜组包括第一透镜和第二透镜，所述第二透镜位于第一透镜之后，并且直径大于第一透镜。

作为优选的技术方案：步骤（3）中，根据所述成像光谱仪采集到的干涉图案获得采样点处的待测信号光相对于参考光的时间延迟的方法为：预先利用光谱干涉技术测量第一准直透镜输出的信号光的剩余二阶色散，确定信号光中单位波长对应的时间延迟；根据成像光谱仪采集到的干涉图案，可以读出零相位延迟点（即完全时间同步点）的位置，进一步得到其相对于中心波长的偏移量，该偏移量乘以单位波长对应的时间延迟，即得到采样点相对于参考光的时间延迟。

作为优选的技术方案：步骤（3）中，获得信号光聚焦场在水平和垂直两个方向上的时空分布的方法为：将微位移平台沿水平或垂直方向移动，记录不同的空间位置处对应的时间延迟量，在坐标系内连接各有效数值点，即可得到信号光聚焦场在该方向上的时空分布信息。

作为优选的技术方案：步骤（1）的信号光光路与步骤（2）参考光光路的附加元件引入的附加色散一致。

作为优选的技术方案：所述单模光纤芯径为5.5-6.5μm；所述微位移平台的步长为0.8-1.2μm。二者结合可以满足对于百微米量级聚焦场的采样需求。