基于空谱干涉扫描法测量超宽带激光时空耦合特性

李伟; 王逍; 母杰; 胡必龙; 曾小明; 左言磊; 吴朝辉; 王晓东; 李钊历; 粟敬钦

doi:10.7498/aps.70.20210996

摘要

大口径超高峰值功率激光装置中展宽器、压缩器、透镜等光学元件会导致不同空间位置的脉冲波形及延时各有不同, 称为“时空耦合效应”. 常规的测量手段仅能反映激光近场的局部时间特性, 本文设计并验证了一种基于空谱干涉线扫描的时空特性测试方案: 采用空谱干涉方法单次测量可获得一个空间维度上的时空耦合特性, 通过沿另一空间维度扫描, 即可获得完整的近场时空耦合特征. 利用该方法实验测量了劈板引入的角色散以及近场不同空间位置处的脉冲波形、脉冲前沿、脉冲宽度等信息, 与理论计算结果符合得较好, 说明该方法能够有效地测量超宽带激光的时空耦合特性.

关键词:

Abstract

Optical elements such as stretcher, compressor and thick lenses will lead to spatially-dependent temporal properties of a large aperture laser pulse, which is called spatiotemporal coupling (STC). Beyond pure temporal characterization measurement, a measure of spatiotemporal coupling distortion based on spatial-spectral interference is proposed in this study. Full one-dimensional spatiotemporal coupling characteristics can be obtained in a single-shot measurement, and the complete spatiotemporal coupling characteristics in the near field can be obtained by scanning along another spatial dimension. The spatiotemporal coupling characteristics introduced by the wedge glasses are measured, and the experimental results accord well with the theoretical results.

Keywords:

PACS:

4280R
4281
4281H
82.30.Cf	(Atom and radical reactions; chain reactions; molecule-molecule reactions)

作者及机构信息

1.
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 等离子体物理重点实验室, 绵阳　621900

2.
中国科学技术大学光学与光学工程系, 合肥　230026

3.
中国工程物理研究院研究生院, 北京　100088

通信作者: 王逍, wangxiaocn@263.net

基金项目: 等离子体物理重点实验室自主科研项目(批准号: JCKYS2018212024)资助的课题

Authors and contacts

1.
Science and Technology on Plasma Physics Laboratory, Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China

2.
Department of Optics and Optical Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China

3.
Graduate School of China Academy of Engineering Physics, Beijing 100088, China

Corresponding author: Wang Xiao, wangxiaocn@263.net

Funds: Project supported by the Science and Technology Research Project on Plasma Physics Laboratory Independent, China (Grant No. JCKYS2018212024)

文章全文

参考文献

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图 1 实验平台光路示意图

Fig. 1. Schematic of the experimental light path.

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图 2 干涉条纹图

Fig. 2. Interference fringes.

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图 3 谱相位提取过程　(a) 干涉条纹频域图像; (b) 频域带通滤波器; (c) 频域滤波后干涉条纹图; (d) 二值化干涉条纹图; (e) 细化图像, 提取干涉条纹中心; (f) 干涉条纹级次标记; (g) 谱相位图; (h)去除线性项后的谱相位图

Fig. 3. Spectral phase recovery process: (a) Frequency domain image; (b) frequency domain bandpass filter; (c) filtered image; (d) binary image; (e) thinning image and identify the center of the stripe; (f) labeled the order of stripes; (g) spectral phase; (h) spectral phase (remove the linear terms).

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图 4 劈板引入角色散图　(a) 1号劈板引入角色散; (b) 2号劈板引入角色散

Fig. 4. Angular dispersion caused by wedged glass: (a) Angular dispersion caused by wedged glass No.1; (b) angular dispersion caused by wedged glass No.2.

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图 5 加入1号劈板单次采样　(a) 谱相位信息模拟计算结果; (b) 时空耦合特性模拟计算结果; (c) 谱相位信息测量结果; (d) 时空耦合特性测量结果

Fig. 5. Single sampling results (insert WG1): (a) Spectral phase simulation results; (b) spatiotemporal coupling characteristics simulation results; (c) spectral phase measurement results; (d) spatiotemporal coupling characteristics measurement results.

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图 6 加入1号劈板近场时空特性　(a) 近场光斑模拟结果; (b) 近场脉冲前沿模拟结果; (c) 近场脉冲宽度模拟结果; (d) 近场光斑测量结果; (e) 近场脉冲前沿测量结果; (f) 近场脉冲宽度测量结果

Fig. 6. Near-field spatiotemporal characteristics (insert WG1): (a) Near field intensity simulation results; (b) near field pulse front simulation results; (c) near field pulse width simulation results; (d) near field intensity measurement results; (e) near field pulse front measurement results; (f) near field pulse width measurement results.

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图 7 加入2号劈板单次采样　(a) 谱相位信息模拟计算结果; (b) 时空耦合特性模拟计算结果; (c) 谱相位信息测量结果; (d) 时空耦合特性测量结果

Fig. 7. Single sampling results (insert WG2): (a) Spectral phase simulation results; (b) spatiotemporal coupling characteristics simulation results; (c) spectral phase measurement results; (d) spatiotemporal coupling characteristics measurement results.

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图 8 加入2号劈板近场时空特性　(a) 近场光斑模拟结果; (b) 近场脉冲前沿模拟结果; (c) 近场脉冲宽度模拟结果; (d) 近场光斑测量结果; (e) 近场脉冲前沿测量结果; (f) 近场脉冲宽度测量结果

Fig. 8. Near-field spatiotemporal characteristics (insert WG1): (a) Near field intensity simulation results; (b) near field pulse front simulation results; (c) near field pulse width simulation results; (d) near field intensity measurement results; (e) near field pulse front measurement results; (f) near field pulse width measurement results.

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