[发明专利]基于高重复频率飞秒脉冲全场信息实时测量系统和方法

权利要求书

1.基于高重复频率飞秒脉冲全场信息实时测量系统，其特征在于：包括若干个第一光学分路部件、若干个振幅调制器、任意波形发生器、若干个第二光学分路部件、若干个超大带宽时域探测光路、若干个色散傅里叶变换光路、数据采集与处理部件；

所述若干个第一光学分路部件，用于将待测信号RR_S分成N路时域解复用信号；

所述若干个振幅调制器输入端与第一光学分路部件输出的N路时域解复用信号一一对应连接，用于对待测信号进行时域调制，实现时域解复用降频分离；

所述任意波形发生器为所述若干个振幅调制器产生调制信号；

所述若干个第二光学分路部件输入端与所述若干个振幅调制器输出的N路时域解复用信号一一对应连接，每个第二光学分路部件将降频后的每一路时域解复用信号分成两条信号，其中一条信号输入超大带宽时域探测光路，用于对分路脉冲进行小色散量的时域拉伸，另一条信号输入色散傅里叶变换光路，用于对分路脉冲进行大色散量的时域拉伸并将待测信号的频域强度信息映射到时域上，实现时频变换；

所述若干个第二光学分路部件将N路时域解复用信号分成2N条信号；所述若干个超大带宽时域探测光路与其中N条信号一一对应连接，所述若干个色散傅里叶变换光路与另外的N条信号一一对应连接；

所述数据采集与处理部件，包括高速光电探测器、高速采样器、处理终端，用于将超大带宽时域探测光路和色散傅里叶变换光路输出的光信号转换成电信号，并进行实时数据采集与处理。

2.根据权利要求1所述的基于高重复频率飞秒脉冲全场信息实时测量系统，其特征在于：第一光学分路部件和第二光学分路部件均为光耦合器。

3.根据权利要求1所述的基于高重复频率飞秒脉冲全场信息实时测量系统，其特征在于，所述的若干个振幅调制器通过任意波形发生器进行调制，产生重复频率为RR_S/N、持续时间远大于待测信号单个脉冲持续时间的方波信号，第n个振幅调制器的方波信号较第一个时间延迟(n-1)/RR_S，2≤n≤N。

4.根据权利要求1所述的基于高重复频率飞秒脉冲全场信息实时测量系统，其特征在于，所述超大带宽时域探测光路包括输入端色散部件、激光器、泵浦端色散部件、高非线性介质、光学滤波器和输出端色散部件；

所述输入端色散部件对若干个第二光学分路部件输出的信号进行色散处理，形成探测光；

所述激光器产生超短脉冲序列，再经过所述泵浦端色散部件进行色散处理，形成泵浦光；

所述高非线性介质为探测光和泵浦光之间的非线性参量过程提供非线性媒介；

所述光学滤波器将高非线性介质产生的闲频光滤出；

所述输出端色散部件对闲频光进行色散处理，得到时域放大信号。

5.根据权利要求4所述的基于高重复频率飞秒脉冲全场信息实时测量系统，其特征在于，所述高非线性介质为高非线性光纤；所述输入端色散部件、泵浦端色散部件、输出端色散部件均为色散光纤。

6.根据权利要求4所述的基于高重复频率飞秒脉冲全场信息实时测量系统，其特征在于，所述输入端色散部件的色散量D_in、所述泵浦端色散部件的色散量D_f、所述输出端色散部件的色散量D_out满足如下成像关系：

所述时域放大信号的放大倍数为：

7.根据权利要求1所述的基于高重复频率飞秒脉冲全场信息实时测量系统，其特征在于，所述高速光电探测器、高速采样器、处理终端依次连接；所述高速光电探测器将光信号转变成电信号，再经过高速采样器件对电信号进行采集，最后利用处理终端对所采集的信号进行处理和分析；所述处理终端为计算机设备。

8.权利要求1所述的基于高重复频率飞秒脉冲全场信息实时测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、待测信号RR_S被第一光学分路部件分成N路解复用待测脉冲；

B、每一路解复用待测脉冲通过一个振幅调制器对脉冲簇在时域上进行解复用的降频分离，脉冲重复频率均变为待测信号的N分之一，即RR_S/N；

C、经过降频后的每一路解复用待测脉冲通过第二光学分路部件再分成两条信号，其中一条信号通过超大带宽时域探测光路进行时域放大，获得输入光脉冲的时域强度信号I₁(t)；另一条信号通过色散傅里叶变换光路进行时频转换，将待测信号的频域信息映射到时域上，获得输入光脉冲的远场强度信号I₂(t)；

D、通过数据采集与处理部件实时采集超大带宽时域探测光路的输入光脉冲的时域强度信号I₁(t)和色散傅里叶变换光路的输入光脉冲的远场强度信号I₂(t)；

E、数据采集与处理部件的处理终端采用Gerchberg-Saxton算法对时域强度信号I₁(t)和远场强度信号I₂(t)重构出待测信号光的相位，得到待测信号光的强度、相位等在时域和频域的信息，从而实现高重复频率飞秒脉冲的全场信息实时测量。