[发明专利]波长编码的探针光产生装置

说明书

本发明公开了一种波长编码的探针光产生装置，包括：飞秒量级超短脉冲激光器脉冲激光器1，作为产生子脉冲序列的种子光；信号光产生系统2，用种子光产生信号光，信号光是一个脉冲序列，且具有不同的中心波长；分光系统3，将信号光从种子光种分离出来；脉冲整形系统4，对子脉冲的振幅等参数进行调制；延迟系统5，将不同波长的子脉冲在时间上编码，使得按照波长顺序对应时间顺序。本发明提供的探针光产生装置具有脉冲间隔可调、脉冲数可调、满足单次测量的探针光要求、全光学链路、结构简单等优点。本发明对超快事件的测量提供了新的时间波分方案。

技术领域

本发明属于超快现象诊断技术领域，具体涉及一种波长编码的探针光产生装置。

背景技术

近几十年来，捕捉超快事件的瞬态动力学一直是生物医学、化学、物理学、激光加工等领域的关注焦点。CCD或者CMOS相机能响应的时间量级为μs，不能直接记录ns量级及以下时间尺度的超快事件，传统的泵浦探针法只能用于可重复性的超快事件，一般的超快事件都具有很强的非线性、可重复率低的特点，这些特点对测量方法提出了单次测量的要求。单次测量方法可以分为主动测量和被动测量法，每种方法可以进一步分为直接测量法和计算重构测量法，被动测量是利用仅接收的超快探测器来记录二维瞬态事件，主动测量是利用专门设计的脉冲序列来探测二维瞬态事件。目前，成像速度最快的是基于压缩感知的被动测量法，能达到70Tfps，但是这种方法需要复杂的计算重构过程，需要很长的重构时间，不适用于实时测量。相比于主动测量，被动测量使用空间、时间、角度、光谱等编码的超快脉冲序列，具有结构简单和不需要复杂的计算重构过程的优点。

主动测量可以进一步分为四种方法，即空间划分、角度划分、时间波分和空间频分四种方法，时间波分法具有可操作性强、结构简单、可实现的序列深度高等优点。在2014年，K.Goda等人提出的STAMP(顺序时间全光映射摄影)技术，这个技术主要用啁啾光实现全光学的动态摄影，并可以用棱镜对、光栅对、光纤将啁啾脉冲的时间尺拉伸到fs、ps、ns量级，使得该技术可适用的超快时间时间尺度很广，但是这种方法的帧间间隔不可调，并且结构复杂。2019年，Z.E.DAVIDSON等人用波长和偏振编码的脉冲序列实现了等离子体通道的动态演化过程测量，这种方法能实现的序列深度很有限。2022年，Mohamed Touil等人将声光可编程色散滤波技术引入到SF-STAMP技术当中，实现了帧间间隔可调、帧强度可调，但是这种方法能测量的时间窗口取决于声光晶体的长度。因此，迫切需要能同时具有帧率可调、帧间间隔可调、帧强度可调、时间窗口大小可调、结构简单等优点的探针光产生技术。

发明内容

针对目前探针光产生装置的局限性，本发明的目的是提供一种具有全光学链路、帧率可调、帧间间隔可调、帧强度可调、时间窗口大小可调、结构简单等优点的波长编码的探针光产生装置，利用非线性晶体的不同匹配角可产生不同波长的倍频光的特点来产生一连串中心波长不同的子脉冲，然后通过时间波分编码将子脉冲按照波长顺序和时间顺序对应，最后输出的探针光序列具有时间波分编码的性质。

本发明原理如下：

超短脉冲具有很宽的光谱带宽，在进行频率转换实验的时候(例如：倍频实验)，只会对超短脉冲中的一小部分光谱进行倍频，如果我们使用多块倍频晶体并合理设计倍频晶体的相位匹配角，就可以得到多个中心波长不同的倍频子脉冲。

采用第一类相位匹配去设计相位匹配角(o+o—e)，负单轴晶体的第I类相位匹配角为：

其中：θ为相位匹配角，是光源的o光的折射率，，是倍频光的e光的折射率，是倍频光的o光的折射率。从(1)式可以看出，同一类型的倍频晶体的不同匹配角对应不同波长的倍频。

本发明的技术解决方案如下：

一种波长编码的探针光产生装置，其特点在于，包括：

光源，用于产生飞秒量级超短脉冲激光；